本文介绍如何通过位掩码与位移运算，在单条表达式中高效完成8位数据按2位分组的逆序重排（如 10011011 → 11100110），避免分支、查表或中间变量，适用于嵌入式、密码学及高性能数据处理场景。
本文介绍如何通过位掩码与位移运算，在单条表达式中高效完成8位数据按2位分组的逆序重排（如 `10011011` → `11100110`），避免分支、查表或中间变量，适用于嵌入式、密码学及高性能数据处理场景。
在底层系统编程或硬件协议解析中，常需对字节内比特进行非字节序（Byte Order）级别的重排——例如将一个8位值按每2位为一组进行整体逆序，使原始分组 b3 b2 b1 b0（对应 10, 01, 10, 11）变为 b0 b1 b2 b3（即 11, 10, 01, 10），最终得到 11100110。这类操作不同于大端/小端转换，而是位级分组逆序（bit-group reversal），核心挑战在于：既要精准提取固定宽度的比特段，又要将其无损迁移到目标位置，且全程保持零分支、零循环、纯算术。
原理：分组提取 + 定向移位 + 位或合并
以8位输入 0b10011011（十六进制 0x9B）为例，其按2位分组索引如下（高位在左）：
| 组索引 | 位范围（0-indexed） | 原始值 | 目标位置（左移位数） |
|---|---|---|---|
| b₀ | bits 0–1 (0x03) | 11 | 移至高位 → 左移6位 |
| b₁ | bits 2–3 (0x0C) | 10 | 左移2位 |
| b₂ | bits 4–5 (0x30) | 01 | 右移2位 |
| b₃ | bits 6–7 (0xC0) | 10 | 右移6位 |
由此导出通用公式（适用于任意8位输入 i）：
i = (i & 0x03)<<6 | (i & 0x0c)<<2 | (i & 0x30)>>2 | (i & 0xc0)>>6
- i & 0x03：提取最低2位（bits 0–1），左移6位 → 占据最高2位（bits 6–7）
- i & 0x0c：提取bits 2–3（0x0C = 0b00001100），左移2位 → 落入bits 4–5
- i & 0x30：提取bits 4–5（0x30 = 0b00110000），右移2位 → 落入bits 2–3
- i & 0xc0：提取最高2位（0xC0 = 0b11000000），右移6位 → 落入最低2位（bits 0–1）
所有子表达式通过按位或 | 合并，因各结果位域互不重叠，无冲突。
多语言实现示例
Go（推荐用于系统级开发）：
package main
import "fmt"
func reverse2BitGroups(b byte) byte {
return (b&0x03)<<6 | (b&0x0c)<<2 | (b&0x30)>>2 | (b&0xc0)>>6
}
func main() {
original := byte(0x9b) // 10011011
reversed := reverse2BitGroups(original)
fmt.Printf("Original: %08b\n", original) // 10011011
fmt.Printf("Reversed: %08b\n", reversed) // 11100110
}Java（注意使用无符号右移 >>> 防止符号扩展）：
public class BitReverse {
public static int reverse2BitGroups(int b) {
return ((b & 0x03) << 6) |
((b & 0x0c) << 2) |
((b & 0x30) >> 2) |
((b & 0xc0) >>> 6); // 使用 >>> 确保高位补0
}
public static void main(String[] args) {
int input = 0x9b; // 10011011
System.out.printf("Original: %8s%n", Integer.toBinaryString(input).replaceFirst("^0*", ""));
System.out.printf("Reversed: %8s%n", Integer.toBinaryString(reverse2BitGroups(input)).replaceFirst("^0*", ""));
}
}注意事项与优化建议
- ✅ 无分支、零内存访问：该方案完全由位运算构成，编译后通常映射为3–5条CPU指令（AND、SHL/SHR、OR），延迟极低，适合实时系统。
- ⚠️ 仅适用于8位输入：掩码和移位量针对8位设计；若需扩展至16/32位，需重新计算分组掩码（如16位下每2位共8组，需8个掩码+移位组合）。
- ⚠️ Java/JavaScript需防符号扩展：对有符号整数执行右移时，高位可能补1（如 -64 >> 6 得 -1），务必使用无符号右移 >>>（Java）或 >>>（JS）。
- ? 极致性能场景：查表法（LUT）
若操作频次极高（如每秒百万次），可预生成256字节的查找表：var lut [256]byte func init() { for i := 0; i < 256; i++ { lut[i] = reverse2BitGroups(byte(i)) } } // 使用：reversed := lut[input]查表法牺牲256字节内存，换取O(1)常数时间，比位运算快约2–3倍（取决于CPU缓存命中率）。
该技术体现了位操作的精巧性：通过数学化拆解数据结构，将看似复杂的重排逻辑压缩为一条原子表达式。掌握此类模式，是构建高效底层工具链的关键能力之一。
