Concatenate Boost :: Dynamic_bitset ou std :: bitset

Question

Qual é a melhor maneira de concatenar 2 bitsets?

Por exemplo, eu tenho

boost::dynamic_bitset<> test1( std::string("1111") );
boost::dynamic_bitset<> test2( std::string("00") );

eles devem ser concatenados em um teste de bitset 3 que depois segura

111100 

As soluções devem usar o boost :: dynamic_bitset. Se a solução funcionar com o std :: bitset, seria bom também. Deve haver um foco no desempenho ao concatenar os bits.

ATUALIZAÇÃO: Eu comparei os dois métodos (StringMethod de mim e Neil e ShiftMethod do Messenger) e o StringMethod foi muito mais rápido (fator 10 ++). Código aqui:http://pastebin.com/hfpfyfy8

Espero que Pastebin esteja bem para postar longas listagens de código. Se houver uma maneira melhor, entre em contato comigo.

Answer 1

Para o bitset padrão, algo como:

#include <bitset>
#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;

template <size_t N1, size_t N2 >
bitset <N1 + N2> concat( const bitset <N1> & b1, const bitset <N2> & b2 ) {
    string s1 = b1.to_string();
    string s2 = b2.to_string();
    return bitset <N1 + N2>( s1 + s2 );
}

int main() {
    bitset <4> a( string("1010") );
    bitset <2> b( string("11") );
    cout << concat( a, b ) << endl;
}

Answer 2

Eu testei várias soluções e parece que:

• Um bom e velho "para loop" é o mais rápido
• O bitset é muito mais rápido que o dinâmico_bitset (não surpreendente), se não for necessário alocação de memória, a sobrecarga é menor, mas ainda existe.
• Pode parecer óbvio, mas, diretamente anexando um bitset a outro sem criar um novo é mais rápido. Esta solução não é adequada se você precisar manter o primeiro bitset inalterado (óbvio também).
• As três soluções não produzem o mesmo resultado, você deve fazer algumas ajustes, dependendo do desejo que você deseja (veja abaixo).

Aqui está o meu código de teste:

#include <iostream>
#include <bitset>
#include <boost/dynamic_bitset/dynamic_bitset.hpp>
#include "scul/PreciseTimer.h"

boost::dynamic_bitset<> concatOperatorsDyn( const boost::dynamic_bitset<>& bs1,const boost::dynamic_bitset<>& bs2)
{
    boost::dynamic_bitset<> bs1Copy(bs1);
    boost::dynamic_bitset<> bs2Copy(bs2);
    size_t totalSize=bs1.size()+bs2.size();
    bs1Copy.resize(totalSize);
    bs2Copy.resize(totalSize);
    bs1Copy<<=bs2.size();
    bs1Copy|=bs2Copy;
    return bs1Copy;
}

template<size_t sRes,size_t s1,size_t s2>
std::bitset<sRes> concatString( const std::bitset<s1>& bs1,const std::bitset<s2>& bs2)
{
    std::string s1=bs1.to_string<char,std::char_traits<char>,std::allocator<char> >();
    std::string s2=bs2.to_string<char,std::char_traits<char>,std::allocator<char> >();

    std::bitset<sRes> res(s1+s2);
    return res;
}

template<size_t sRes,size_t s1,size_t s2>
std::bitset<sRes> concatLoop( const std::bitset<s1>& bs1,const std::bitset<s2>& bs2)
{
    std::bitset<sRes> res;
    for(size_t i=0;i<s1;i++)
        res[i]=bs1[i];

    for(size_t i=0;i<s2;i++)
        res[i+s1]=bs2[i];
    return res;
}
boost::dynamic_bitset<> concatLoopDyn( const boost::dynamic_bitset<>& bs1,const boost::dynamic_bitset<>& bs2)
{
boost::dynamic_bitset<> res(bs1);
res.resize(bs1.size()+bs2.size());
    size_t bs1Size=bs1.size();
    size_t bs2Size=bs2.size();

    for(size_t i=0;i<bs2.size();i++)
        res[i+bs1Size]=bs2[i];
    return res;
}
boost::dynamic_bitset<> concatStringDyn( const boost::dynamic_bitset<>& bs1,const boost::dynamic_bitset<>& bs2)
{
    std::string s1;
    std::string s2;
    to_string(bs1,s1);
    to_string(bs2,s2);

    boost::dynamic_bitset<> res(s1+s2);
    return res;
}


template<size_t s1,size_t s2>
void injectLoop( std::bitset<s1>& bs1,const std::bitset<s2>& bs2,int start=s1-s2)
{
    for(size_t i=0;i<s2;i++)
        bs1[i+start]=bs2[i];
}


void injectLoopDyn( boost::dynamic_bitset<>& bs1,const boost::dynamic_bitset<>& bs2,int start)
{
    for(size_t i=0;i<bs2.size();i++)
        bs1[i+start]=bs2[i];
}

void testBitstream()
{
    const std::bitset<20> bs1(std::string("11111111110000000000"));
    std::bitset<30> bs1Bis(std::string("11111111110000000000"));
    const std::bitset<10> bs2(std::string("0000011111"));
    std::bitset<30> bs3;


    const boost::dynamic_bitset<> bs1D(std::string("11111111110000000000"));
    boost::dynamic_bitset<> bs1DBis(std::string("11111111110000000000"));
    bs1DBis.resize(30);
    const boost::dynamic_bitset<> bs2D(std::string("0000011111"));
    boost::dynamic_bitset<> bs3D;

    scul::PreciseTimer t;
    double d=0.;

    int nbIter=100;

    std::cout<<"Bitset concat with strings"<<std::endl;
    t.start();
    for(int i=0;i<nbIter;++i)
        bs3=concatString<30,20,10>(bs1,bs2);
    d=t.stop();
    std::cout<<bs3.to_string<char,std::char_traits<char>,std::allocator<char> >()<<std::endl;
    std::cout<<"duration="<<d<<std::endl<<std::endl;;


    std::cout<<"Bitset concat with loop"<<std::endl;
    t.start();
    for(int i=0;i<nbIter;++i)
        bs3=concatLoop<30,20,10>(bs1,bs2);
    d=t.stop();
    std::cout<<bs3.to_string<char,std::char_traits<char>,std::allocator<char> >()<<std::endl;
    std::cout<<"duration="<<d<<std::endl<<std::endl;

    std::cout<<"Bitset inject with loop"<<std::endl;
    t.start();
    for(int i=0;i<nbIter;++i)
        injectLoop<30,10>(bs1Bis,bs2);
    d=t.stop();
    std::cout<<bs1Bis.to_string<char,std::char_traits<char>,std::allocator<char> >()<<std::endl;
    std::cout<<"duration="<<d<<std::endl<<std::endl;


    std::cout<<"Dynamicbitset concat with loop"<<std::endl;
    t.start();
    for(int i=0;i<nbIter;++i)
        bs3D=concatLoopDyn(bs1D,bs2D);
    d=t.stop();
    std::string s;
    to_string(bs3D,s);
    std::cout<<s<<std::endl;
    std::cout<<"duration="<<d<<std::endl<<std::endl;


    std::cout<<"Dynamicbitset inject with loop"<<std::endl;
    t.start();
    for(int i=0;i<nbIter;++i)
        injectLoopDyn(bs1DBis,bs2D,20);
    d=t.stop();
    to_string(bs1DBis,s);
    std::cout<<s<<std::endl;
    std::cout<<"duration="<<d<<std::endl<<std::endl;

    std::cout<<"Dynamicbitset concat with operators"<<std::endl;
    t.start();
    for(int i=0;i<nbIter;++i)
        bs3D=concatOperatorsDyn(bs1D,bs2D);
    d=t.stop();
    to_string(bs3D,s);
    std::cout<<s<<std::endl;
    std::cout<<"duration="<<d<<std::endl<<std::endl;


    std::cout<<"Dynamicbitset concat with strings"<<std::endl;
    t.start();
    for(int i=0;i<nbIter;++i)
        bs3D=concatStringDyn(bs1D,bs2D);
    d=t.stop();
    to_string(bs3D,s);
    std::cout<<s<<std::endl;
    std::cout<<"duration="<<d<<std::endl<<std::endl;

}

Aqui está a saída que recebo com vs7.1 no meu computador:

Bitset concat with strings
111111111100000000000000011111
duration=0.000366713

Bitset concat with loop
000001111111111111110000000000
duration=7.99985e-006

Bitset inject with loop
000001111111111111110000000000
duration=2.87995e-006

Dynamicbitset concat with loop
000001111111111111110000000000
duration=0.000132158

Dynamicbitset inject with loop
000001111111111111110000000000
duration=3.19994e-006

Dynamicbitset concat with operators
111111111100000000000000011111
duration=0.000191676

Dynamicbitset concat with strings
111111111100000000000000011111
duration=0.000404152

Você pode notar que a função que escrevi usando loops produz resultados diferentes. É porque escrevi então para colocar o LSB do segundo bitset após o MSB do primeiro (LSB à direita). Com a função String ou "Bit Operator", você só precisa alternar os parâmetros de chamada.

Answer 3

Eu fiz um teste comparando as duas abordagens a seguir:

  /* ... */
  for( int ii = 0; ii < 1000000; ++ii ) {
    std::bitset<16> v1( randomUlongs[ii] );
    std::bitset<16> v2( randomUlongs[ii+1] );
#ifdef STRING_TEST
    std::bitset<32> v3( v1.to_string() + v2.to_string() );
#else
    std::bitset<32> v3( v2.to_ulong() | (v1.to_ulong() << 16) );
    /* print out v3 */
  }

... Onde randomUlongs foi constante durante cada execução (uma grande matriz em um cabeçalho) para evitar qualquer coisa que contaminasse os resultados. Eu cronometei com:

~ time for ((ii=0; ii<1000; ii++)); do ./bitset_test >/dev/null; done

Em Linux (x86_i686) com gcc 4.4.6 No nível de otimização 3: a concatenação da string foi mais rápida, por um fator de 2.

Sob Solaris (SPARC) com gcc 3.4.3 e Sun Studio C++ 5.12 (2011/11/16), ambos com o nível de otimização 3: a abordagem não string foi mais rápida em um fator de 10.

Eu acho que você encontrará que a solução "mais rápida" depende altamente dependente do compilador, embora eu suponha que a plataforma também possa desempenhar um papel significativo.

Answer 4

Para começar, adicionarei uma possível solução sozinha. O código a seguir usa a possibilidade de construir bitsets com std :: string e gerar uma string std :: a partir de um bitset.

#include <sstream>  // for std::ostringstream
#include <boost/dynamic_bitset.hpp>

boost::dynamic_bitset<> test1( std::string("1111") );
boost::dynamic_bitset<> test2( std::string("00") );

std::ostringstream bitsetConcat;
bitsetConcat << test1 << test2;
boost::dynamic_bitset<> test3( bitsetConcat.str() );

std::cout << test3 << std::endl;

Isso funciona, mas deve haver outras soluções mais executivas ...

Atualizar:
Obrigado a JC Leitão por sua sugestão de edição

Answer 5

Aqui está uma facada em uma solução. Não tenho certeza se ele compila.

typedef boost::dynamic_bitset<> Bits;

Bits Concatenate(const Bits& first, const Bits& second)
{
    Bits value(first);

    //Increase the size of the bit buffer to fit the data being placed in it
    value.resize(first.size() + second.size());
    value <<= second.size();
    value |= second;
    return value;
}