C++如何统计二进制中1的个数-C++-PHP中文网

__builtin_popcount最快，它直接映射到cpu的popcnt指令，单周期完成；但仅gcc/clang支持，msvc不兼容，且必须传入无符号类型，否则负数会因补码解释导致结果错误。

c++如何统计二进制中1的个数

用 `__builtin_popcount` 最快，但只在 GCC/Clang 有效

GCC 和 Clang 提供了内置函数 __builtin_popcount（对 unsigned int）和 __builtin_popcountll（对 unsigned long long），底层直接映射到 CPU 的 POPCNT 指令，单周期完成，性能碾压手动循环。但注意：MSVC 不支持，跨平台项目里硬写会编译失败。

常见误用是传入有符号数——比如 int x = -1;，传给 __builtin_popcount(x) 会把负数按补码解释为很大的正整数，结果不是你想要的“-1 的二进制表示里有几个 1”。务必先转成无符号类型：

int x = -1;
std::cout (x)); // 正确：输出 32（在 32 位 int 下）

仅限 GCC/Clang；MSVC 请改用 std::popcount（C++20）或手动实现
参数必须是无符号整型，否则行为未定义
对 char 或 short 传参会自动提升，但建议显式转换避免歧义

C++20 的 `std::popcount` 是标准且安全的选择

std::popcount 在 <bit></bit> 头文件中，要求参数为无符号整型（unsigned char、unsigned int 等），编译器会在支持时自动用硬件指令，不支持时回退为高效查表或位运算，语义清晰、可移植性强。

它拒绝有符号类型，编译期就报错，比 __builtin_popcount 更安全：

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#include <bit>
unsigned int x = 0b1011;
std::cout <ul>
<li>必须包含 <code><bit></bit></code>，且编译器需开启 C++20 支持（如 <code>-std=c++20</code>）</li>
<li>不接受 <code>int</code>、<code>long</code> 等有符号类型，连隐式转换都不行</li>
<li>对 <code>unsigned long long</code> 同样有效，无需额外后缀</li>
</ul>
<h3>手动实现：n & (n-1) 清零最低位 1，适合教学或嵌入式环境</h3>
<p>这个技巧利用了位运算特性：对任意非零整数 <code>n</code>，<code>n & (n-1)</code> 会把 <code>n</code> 的二进制表示中最右边的 1 变成 0。循环执行直到 <code>n == 0</code>，循环次数就是 1 的个数。时间复杂度是 O(1)（最多 32 或 64 次），比逐位检查快一倍。</p>
<pre class="brush:php;toolbar:false;">int count_bits(unsigned int n) {
    int cnt = 0;
    while (n) {
        n &= n - 1;
        ++cnt;
    }
    return cnt;
}

输入必须是无符号类型，否则 n-1 对负数可能溢出或逻辑异常
相比查表法，空间占用为 O(1)，适合内存受限场景
比 n >>= 1; cnt += n & 1; 少做很多次移位和与操作，尤其当 1 很少时优势明显

为什么不能直接用 `std::bitset(n).count()`？

虽然 std::bitset::count() 语义直观，且标准库保证高效实现，但它有隐藏开销：构造 std::bitset 需要复制和初始化整个位容器，对高频调用（如图像处理像素遍历）可能成为瓶颈。而且模板大小必须在编译期确定，无法适配运行时才知道位宽的场景（比如处理 uint64_t 但只关心低 24 位）。