将特定位置的位收集为新值

我有一个大小为 N 个字符的位掩码，它是静态已知的（即可以在编译时计算，但它不是单个常量，所以我不能只是写下来），位设置为 1 表示“想要”的位。我有一个相同大小的值，该值只有在运行时才知道。我想按顺序从该值收集“想要的”位到新值的开头。为了简单起见，我们假设所需的位数

完全未优化的参考代码希望具有正确的行为：

template<int N, const char mask[N]>
unsigned gather_bits(const char* val)
{
    unsigned result   = 0;
    char*    result_p = (char*)&result;
    int      pos      = 0;
    for (int i = 0; i < N * CHAR_BIT; i++)
    {
        if (mask[i/CHAR_BIT] & (1 << (i % CHAR_BIT)))
        {
            if (val[i/CHAR_BIT] & (1 << (i % CHAR_BIT)))
            {
                if (pos < sizeof(unsigned) * CHAR_BIT)
                {
                    result_p[pos/CHAR_BIT] |= 1 << (pos % CHAR_BIT);
                } 
                else
                {
                    abort();
                }
            }
            pos += 1;
        }
    }
    return result;
}

尽管我不确定该公式是否实际上允许在编译时访问掩码的内容。但无论如何，它是可用的，也许是constexpr功能或其他东西会是一个更好的主意。我在这里寻找的不是必要的 C++ 魔法（我会弄清楚的），只是算法。

为清楚起见，使用 16 位值和虚数二进制表示法的输入/输出示例：

mask   = 0b0011011100100110
val    = 0b0101000101110011
--
wanted = 0b__01_001__1__01_ // retain only those bits which are set in the mask
result = 0b0000000001001101 // bring them to the front
                   ^ gathered bits begin here

我的问题是：

• 执行此操作最有效的方法是什么？ （是否有任何硬件说明可以提供帮助？）

• 如果掩码和值都被限制为怎么办？unsigned，那么一个单词，而不是一个无界的字符数组？那么可以通过固定的、简短的指令序列来完成吗？

这里将pext（并行位提取）这正是您在 Intel Haswell 中想要的。我不知道该指令的性能如何，但可能比其他指令更好。此操作也称为“compress-right”或简称“compress”，Hacker's Delight 的实现是这样的：

unsigned compress(unsigned x, unsigned m) {
   unsigned mk, mp, mv, t; 
   int i; 

   x = x & m;           // Clear irrelevant bits. 
   mk = ~m << 1;        // We will count 0's to right. 

   for (i = 0; i < 5; i++) {
      mp = mk ^ (mk << 1);             // Parallel prefix. 
      mp = mp ^ (mp << 2); 
      mp = mp ^ (mp << 4); 
      mp = mp ^ (mp << 8); 
      mp = mp ^ (mp << 16); 
      mv = mp & m;                     // Bits to move. 
      m = m ^ mv | (mv >> (1 << i));   // Compress m. 
      t = x & mv; 
      x = x ^ t | (t >> (1 << i));     // Compress x. 
      mk = mk & ~mp; 
   } 
   return x; 
}