32-பிட் வேர்டில் மீண்டும் மீண்டும் பிட் குழுக்களை திறம்பட சுருக்குதல்

மாஸ்டரிங் பிட் பேக்கிங் இன் சி: எ டீப் டைவ்

நீங்கள் 32-பிட் கையொப்பமிடப்படாத முழு எண்கள் உடன் பணிபுரிகிறீர்கள் என்று கற்பனை செய்து பாருங்கள், மேலும் குழுவாக்கப்பட்ட பிரிவுகளில் உள்ள ஒவ்வொரு பிட்டும் ஒரே மாதிரியாக இருக்கும். இந்த குழுக்கள் அடுத்தடுத்து, சம அளவு மற்றும் ஒற்றை பிரதிநிதி பிட்களாக சுருக்கப்பட வேண்டும். ஒரு புதிர் போல் தெரிகிறது, இல்லையா? 🤔

இந்த சவால் அடிக்கடி குறைந்த-நிலை நிரலாக்கத்தில் எழுகிறது, இங்கு நினைவக திறன் மிக முக்கியமானது. நீங்கள் நெட்வொர்க் நெறிமுறையை மேம்படுத்தினாலும், தரவு சுருக்கத்தில் பணிபுரிந்தாலும் அல்லது பிட்-நிலை அல்காரிதத்தை செயல்படுத்தினாலும், சுழல்கள் இல்லாமல் தீர்வைக் கண்டறிவது செயல்திறனை கணிசமாக அதிகரிக்கும்.

வழங்கப்பட்ட குறியீடு துணுக்கில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, இந்தச் சிக்கலுக்கான பாரம்பரிய அணுகுமுறைகள் மறு செய்கையைச் சார்ந்துள்ளது. இருப்பினும், பிட்வைஸ் செயல்பாடுகள், பெருக்கல் அல்லது De Bruijn வரிசைகள் ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தும் மேம்பட்ட நுட்பங்கள் பெரும்பாலும் அப்பாவி சுழல்களை விஞ்சிவிடும். இந்த முறைகள் வேகத்தைப் பற்றியது மட்டுமல்ல - அவை நேர்த்தியானவை மற்றும் சி நிரலாக்கத்தில் சாத்தியமானவற்றின் எல்லைகளைத் தள்ளும். 🧠

இந்த வழிகாட்டியில், நிலையான பெருக்கிகள் மற்றும் LUTகள் (லுக்-அப் அட்டவணைகள்) போன்ற புத்திசாலித்தனமான ஹேக்குகளைப் பயன்படுத்தி இந்தச் சிக்கலை எப்படிச் சமாளிப்பது என்று ஆராய்வோம். முடிவில், நீங்கள் தீர்வைப் புரிந்துகொள்வது மட்டுமல்லாமல், பல்வேறு சிக்கல்களுக்குப் பயன்படுத்தக்கூடிய பிட் கையாளுதல் நுட்பங்களைப் பற்றிய புதிய நுண்ணறிவுகளையும் பெறுவீர்கள்.

திறமையான பிட் பேக்கிங்கிற்குப் பின்னால் உள்ள லாஜிக்கை அன்பேக் செய்தல்

முதல் ஸ்கிரிப்ட் பிட் பேக்கிங்கிற்கு லூப்-அடிப்படையிலான அணுகுமுறையை நிரூபிக்கிறது. இந்த முறை 32-பிட் உள்ளீடு மூலம் மீண்டும் செயல்படுத்துகிறது, அளவு ஒவ்வொரு குழுவையும் செயலாக்குகிறது n மற்றும் ஒவ்வொரு குழுவிலிருந்தும் ஒரு பிரதிநிதி பிட்டை தனிமைப்படுத்துதல். AND மற்றும் OR போன்ற பிட்வைஸ் ஆபரேட்டர்களின் கலவையைப் பயன்படுத்தி, செயல்பாடு தேவையற்ற பிட்களை மறைத்து, இறுதி பேக் செய்யப்பட்ட முடிவில் அவற்றின் சரியான நிலைகளுக்கு மாற்றுகிறது. இந்த அணுகுமுறை நேரடியானது மற்றும் மிகவும் தகவமைக்கக்கூடியது ஆனால் மிகவும் திறமையானதாக இருக்காது செயல்திறன் ஒரு முக்கிய கவலை, குறிப்பாக பெரிய மதிப்புகளுக்கு n. உதாரணமாக, ஒரே மாதிரியான வண்ணங்களின் பிட்மேப்பை குறியாக்கம் செய்ய அல்லது பைனரி தரவு ஸ்ட்ரீம்களை செயலாக்க இது தடையின்றி வேலை செய்யும். 😊

இரண்டாவது ஸ்கிரிப்ட் அதே முடிவை அடைய பெருக்கல் அடிப்படையிலான அணுகுமுறை பயன்படுத்துகிறது. ஒரு நிலையான பெருக்கி மூலம் உள்ளீட்டு மதிப்பை பெருக்குவதன் மூலம், குறிப்பிட்ட பிட்கள் இயற்கையாகவே சீரமைக்கப்பட்டு விரும்பிய நிலைகளில் சேகரிக்கப்படுகின்றன. உதாரணமாக, க்கான n=8, நிலையான பெருக்கி 0x08040201 ஒவ்வொரு பைட்டின் குறைந்தபட்ச குறிப்பிடத்தக்க பிட்டையும் வெளியீட்டில் அந்தந்த நிலைக்கு சீரமைக்கிறது. இந்த முறை பெருக்கத்தின் கணித பண்புகளை பெரிதும் நம்பியுள்ளது மற்றும் விதிவிலக்காக வேகமானது. இந்த நுட்பத்தின் நடைமுறை பயன்பாடு கிராபிக்ஸில் இருக்கலாம், அங்கு பிக்சல் செறிவுகளைக் குறிக்கும் பிட்கள் வேகமான ரெண்டரிங்க்காக சிறிய தரவு வடிவங்களில் சுருக்கப்படுகின்றன.

மற்றொரு புதுமையான அணுகுமுறை LUT-அடிப்படையிலான (லுக்-அப் டேபிள்) முறையில் நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது. இந்த ஸ்கிரிப்ட் பிட் குழுவின் அனைத்து சாத்தியமான மதிப்புகளுக்கும் முடிவுகளின் முன்கணிக்கப்பட்ட அட்டவணையைப் பயன்படுத்துகிறது. உள்ளீட்டில் உள்ள ஒவ்வொரு குழுவிற்கும், ஸ்கிரிப்ட் வெறுமனே அட்டவணையில் இருந்து முன்கணிக்கப்பட்ட மதிப்பை மீட்டெடுக்கிறது மற்றும் அதை பேக் செய்யப்பட்ட வெளியீட்டில் ஒருங்கிணைக்கிறது. அளவு இருக்கும் போது இந்த முறை நம்பமுடியாத அளவிற்கு பயனுள்ளதாக இருக்கும் n சிறியது மற்றும் அட்டவணை அளவு நிர்வகிக்கக்கூடியது, குழுக்கள் முடிவெடுக்கும் மரங்கள் அல்லது குறியீட்டு திட்டங்களில் ஒரு படிநிலையின் தனித்துவமான நிலைகளை பிரதிநிதித்துவப்படுத்தும் சந்தர்ப்பங்களில். 😃

மூன்று முறைகளும் சூழலைப் பொறுத்து தனித்துவமான நோக்கங்களைச் செய்கின்றன. லூப்-அடிப்படையிலான முறை அதிகபட்ச நெகிழ்வுத்தன்மையை வழங்குகிறது, பெருக்கல் அணுகுமுறை நிலையான அளவிலான குழுக்களுக்கு எரியும் வேகத்தை வழங்குகிறது, மேலும் LUT அணுகுமுறை சிறிய குழு அளவுகளுக்கு வேகம் மற்றும் எளிமையை சமநிலைப்படுத்துகிறது. இந்த தீர்வுகள், அடிப்படை பிட்வைஸ் மற்றும் கணித செயல்பாடுகளின் ஆக்கப்பூர்வமான பயன்பாடு சிக்கலான சிக்கல்களை எவ்வாறு தீர்க்கும் என்பதைக் காட்டுகிறது. இந்த முறைகளைப் புரிந்துகொண்டு செயல்படுத்துவதன் மூலம், டெவலப்பர்கள் தரவு சுருக்கம், தகவல்தொடர்புகளில் பிழை கண்டறிதல் அல்லது வன்பொருள் முன்மாதிரி போன்ற பணிகளை மேம்படுத்தலாம். அணுகுமுறையின் தேர்வு, கையில் உள்ள சிக்கலைப் பொறுத்தது, தர்க்கத்தைப் பற்றியது போலவே படைப்பாற்றலைப் பற்றிய குறியீட்டு தீர்வுகள் எவ்வாறு உள்ளன என்பதை வலியுறுத்துகிறது.

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>

// Function to pack bits using a loop-based approach
uint32_t PackBits_Loop(uint32_t value, uint8_t n) {
    if (n < 2) return value;  // No packing needed for single bits
    uint32_t result = 0;
    uint32_t mask = 1;
    uint8_t shift = 0;

    do {
        result |= (value & mask) >> shift;
        mask <<= n;
        shift += n - 1;
    } while (mask);

    return result;
}

// Test the function
int main() {
    uint32_t value = 0b11110000111100001111000011110000;  // Example input
    uint8_t groupSize = 4;
    uint32_t packedValue = PackBits_Loop(value, groupSize);
    printf("Packed Value: 0x%08X\\n", packedValue);
    return 0;
}

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>

// Function to pack bits using multiplication for n = 8
uint32_t PackBits_Multiply(uint32_t value) {
    uint32_t multiplier = 0x08040201;  // Constant for n = 8
    uint32_t result = (value * multiplier) & 0x80808080;
    result = (result >> 7) | (result >> 14) | (result >> 21) | (result >> 28);
    return result & 0xF;  // Mask the final 4 bits
}

// Test the function
int main() {
    uint32_t value = 0b11110000111100001111000011110000;  // Example input
    uint32_t packedValue = PackBits_Multiply(value);
    printf("Packed Value: 0x%X\\n", packedValue);
    return 0;
}

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>

// Precomputed LUT for n = 4 groups
static const uint8_t LUT[16] = {0x0, 0x1, 0x1, 0x1, 0x1, 0x1, 0x1, 0x1,
                                 0x1, 0x1, 0x1, 0x1, 0x1, 0x1, 0x1, 0x1};

// Function to use LUT for packing
uint32_t PackBits_LUT(uint32_t value, uint8_t n) {
    uint32_t result = 0;
    for (uint8_t i = 0; i < 32; i += n) {
        uint8_t group = (value >> i) & ((1U << n) - 1);
        result |= (LUT[group] << (i / n));
    }
    return result;
}

// Test the function
int main() {
    uint32_t value = 0b11110000111100001111000011110000;  // Example input
    uint8_t groupSize = 4;
    uint32_t packedValue = PackBits_LUT(value, groupSize);
    printf("Packed Value: 0x%X\\n", packedValue);
    return 0;
}

பிட்வைஸ் பேக்கிங் மற்றும் உகப்பாக்கத்தில் மேம்பட்ட நுட்பங்கள்

பிட் பேக்கிங்கில் அடிக்கடி கவனிக்கப்படாத ஒரு அம்சம் இணை செயலாக்கம் உடனான அதன் உறவு. பல நவீன செயலிகள் ஒரே சுழற்சியில் பெரிய பிட்வைஸ் செயல்பாடுகளைக் கையாள வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன. எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு குழுவிற்கு ஒரு பிட்டாக மீண்டும் மீண்டும் வரும் பிட்களின் குழுக்களை பேக்கிங் செய்வது, பெரும்பாலான CPUகளில் கிடைக்கும் SIMD (Single Instruction Multiple Data) வழிமுறைகளிலிருந்து பயனடையலாம். இணையான செயல்பாடுகளைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், பல 32-பிட் முழு எண்களை ஒரே நேரத்தில் செயலாக்க முடியும், இது பெரிய தரவுத்தொகுப்புகளுக்கான இயக்க நேரத்தை கணிசமாகக் குறைக்கிறது. இது பட செயலாக்கம் போன்ற துறைகளில் இந்த அணுகுமுறையை மிகவும் பயனுள்ளதாக்குகிறது, இதில் பல பிக்சல்கள் திறமையான சேமிப்பகம் அல்லது பரிமாற்றத்திற்கு சிறிய பிரதிநிதித்துவம் தேவைப்படும். 🖼️

பயன்படுத்தப்படாத மற்றொரு முறையானது மக்கள்தொகை எண்ணிக்கை (POPCNT) வழிமுறைகளைப் பயன்படுத்துவதை உள்ளடக்கியது, இவை பல நவீன கட்டமைப்புகளில் வன்பொருள்-துரிதப்படுத்தப்பட்டவை. பைனரி மதிப்பில் உள்ள தொகுப்பு பிட்களின் எண்ணிக்கையை எண்ணுவதற்கு பாரம்பரியமாகப் பயன்படுத்தப்படும் போது, ​​நிரம்பிய முழு எண்களில் குழு பண்புகளை தீர்மானிக்க புத்திசாலித்தனமாக மாற்றியமைக்க முடியும். எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு குழுவில் உள்ள 1களின் சரியான எண்ணிக்கையை அறிந்துகொள்வது சரிபார்ப்பு சோதனைகள் அல்லது பிழை கண்டறிதல் வழிமுறைகளை எளிதாக்கும். POPCNTஐ பெருக்கல் அடிப்படையிலான அல்லது LUT-அடிப்படையிலான பேக்கிங்குடன் ஒருங்கிணைப்பது செயல்பாட்டை மேலும் மேம்படுத்துகிறது, துல்லியம் மற்றும் வேகத்தை கலக்கிறது.

கடைசியாக, கிளையற்ற நிரலாக்கமானது நிபந்தனை அறிக்கைகளைக் குறைக்கும் திறனுக்காக இழுவைப் பெறுகிறது. லூப்கள் மற்றும் கிளைகளை கணித அல்லது தருக்க வெளிப்பாடுகளுடன் மாற்றுவதன் மூலம், டெவலப்பர்கள் உறுதியான இயக்க நேரங்களையும் சிறந்த பைப்லைன் செயல்திறனையும் அடைய முடியும். எடுத்துக்காட்டாக, பிட்களைப் பிரித்தெடுப்பதற்கும் பேக்கிங் செய்வதற்கும் கிளையில்லாத மாற்றுகள் விலையுயர்ந்த தாவல்களைத் தவிர்க்கின்றன மற்றும் தற்காலிக சேமிப்பை மேம்படுத்துகின்றன. உட்பொதிக்கப்பட்ட சாதனங்கள் அல்லது நிகழ்நேரக் கம்ப்யூட்டிங் போன்ற அதிக நம்பகத்தன்மை தேவைப்படும் கணினிகளில் இது விலைமதிப்பற்றதாக ஆக்குகிறது. இந்த நுட்பங்கள் பிட் கையாளுதலை உயர்த்தி, அடிப்படை செயல்பாட்டிலிருந்து உயர் செயல்திறன் பயன்பாடுகளுக்கான அதிநவீன கருவியாக மாற்றுகிறது. 🚀