确定使用复杂位掩码为日期设置了哪个位

本文关键字：日期 设置 掩码 复杂 | 更新日期: 2023-09-27 18:10:16

我有一个位偏移掩码，表示一周中的天数:

Sunday = 1
Monday = 2
Tuesday = 4
...
Saturday = 64

我使用位掩码，因为有几个(至少一个)天可能被设置为1。

那我就有约会了。任何日期。根据date.DayOfWeek，我需要返回在位掩码中设置的第一个最近日期之后的第一个日期。因此，我的方法可以返回date和date + 6之间的同一天或任何其他日期。

示例1

我的位掩码定义所有的日子被设置为1。在这种情况下，我的方法应该返回相同的日期，因为date.DayOfWeek在位掩码中设置。

示例2

我的位掩码定义只有星期三被设置为1。如果我的到来日期是星期二，我应该返回date+1(也就是星期三)。但是，如果传入日期是星期四，我应该返回date+6(这也是星期三)。

解决这个问题的最快和最优雅的方法是什么?为什么也是最快的?因为我需要多次运行这个，所以如果我可以使用某种缓存结构来更快地获取日期，这将是首选。

你能建议一些指导以一种优雅的方式解决这个问题吗?我不想以一段充满if和switch-case语句的长面条式代码结束…

重要的:重要的是要注意，如果比特掩码有助于提高性能和简化代码，它可以被其他东西更改或替换。所以位掩码不是固定不变的…

一种可能的方法

每天生成一个偏移量数组并将其保存在私有类变量中是明智的。生成它一次，然后重用它，就像:

return date.AddDays(cachedDayOffsets[date.DayOfWeek]);

这样我们根本不用位掩码，唯一的问题是如何以最快的速度和尽可能短的代码生成数组。

确定使用复杂位掩码为日期设置了哪个位

我将使用位掩码，一些移位和位扫描来解决这个问题。这不是一个非常明显的例程，但它应该很快，因为它永远不会分支:

original_date = Whatever                    //user input
bitmask = Whatever                          //user input
bitmask |= (bitmask << 7)                   //copy some bits so they don't get
                                            //lost in the bitshift
bitmask >>= original_date.dayOfWeek()       //assuming Sunday.dayOfWeek() == 0
return original_date + bitscan(bitmask) - 1 //the position of the least
                                            //significant bit will be one greater
                                            //than the number of days to add

Bitscan——尤其是你的，因为它只关心7位——很容易在查找表中实现。实际上，如果使用自定义表，可以将LSB位称为0，并跳过返回语句中的减法。我猜所有这些最慢的部分将是dayOfWeek()函数，但这将取决于它的实现。

希望这对你有帮助!

Edit: bitscan表示例(将lsb视为索引1 -您可能希望将其视为0，但这是一个更好的示例):

int[128] lsb = {
    0, //0 = 0b00000000 - Special case!
    1, //1 = 0b00000001
    2, //2 = 0b00000010
    1, //3 = 0b00000011
    3, //4 = 0b00000100
    1, //5 = 0b00000101
    2, //6 = 0b00000110
    ....
    1 //127 = 0b01111111
};

然后，在mask上使用您的表，您只需使用:

first_bit_index = lsb[mask & 127];

&可以让你写一个更小的表，因为你只关心最低的7位。

PS:至少有一些处理器实现了一个bitscan指令，你可以用它来代替，但你似乎不太可能用c#得到它们，除非有一个包装函数。

您可能不喜欢这个答案，但也许您可以朝着新的方向运行它。你说性能是非常重要的，所以也许最好是在一些数据结构中预先索引所有的答案。该数据结构可能有些复杂，但它可以封装在自己的小世界中，而不会干扰您的主代码。我心目中的数据结构是一个整型数组。如果允许星期一、星期五和星期六，这些int值将是:

[1][0][3][2][1][0][0]

很奇怪，对吧?这基本上是一周的"剩余天数"列表。在星期天，"离下一个允许的星期还有1天"。周一是0。周二，还有3天。现在，一旦你建立了这个列表，你就可以非常容易、非常快速地计算出你需要在你的日期上加多少天才能得到下一个事件。希望这能有所帮助??

生成这些偏移

生成这些偏移量的代码:

this.dayOffsets = new int[] {
    this.Sundays ? 0 : this.Mondays ? 1 : this.Tuesdays ? 2 : this.Wednesdays ? 3 : this.Thursdays ? 4 : this.Fridays ? 5 : 6,
    this.Mondays ? 0 : this.Tuesdays ? 1 : this.Wednesdays ? 2 : this.Thursdays ? 3 : this.Fridays ? 4 : this.Saturdays ? 5 : 6,
    this.Tuesdays ? 0 : this.Wednesdays ? 1 : this.Thursdays ? 2 : this.Fridays ? 3 : this.Saturdays ? 4 : this.Sundays ? 5 : 6,
    this.Wednesdays ? 0 : this.Thursdays ? 1 : this.Fridays ? 2 : this.Saturdays ? 3 : this.Sundays ? 4 : this.Mondays ? 5 : 6,
    this.Thursdays ? 0 : this.Fridays ? 1 : this.Saturdays ? 2 : this.Sundays ? 3 : this.Mondays ? 4 : this.Tuesdays ? 5 : 6,
    this.Fridays ? 0 : this.Saturdays ? 1 : this.Sundays ? 2 : this.Mondays ? 3 : this.Tuesdays ? 4 : this.Wednesdays ? 5 : 6,
    this.Saturdays ? 0 : this.Sundays ? 1 : this.Mondays ? 2 : this.Tuesdays ? 3 : this.Wednesdays ? 4 : this.Thursdays ? 5 : 6
};

这个生成正向偏移量。所以对于任何给定的日期，你都可以在它后面得到实际的适用日期，只需输入:

SomeDate.AddDays(this.dayOffsets[(int)SomeDate.DayOfWeek]);

如果你需要得到最近的过去日期，你可以重用相同的数组，并通过使用下面的公式计算出来:

SomeDate.AddDays((this.dayOffsets[(int)SomeDate.DayOfWeek] - 7) % 7);

这就是我要做的，变量dateDiff将是你正在寻找的。

DoW mask      = DoW.Wednesday | DoW.Friday;
DoW? todayDoW = null;
int dateDiff  = 0;
do
{
    DateTime date = DateTime.Today.AddDays(dateDiff);
    todayDoW      = (DoW)Enum.Parse(typeof(DoW), date.DayOfWeek.ToString());
    if ((mask & todayDoW.Value) != 0)
    {
        todayDoW = null;
    }
    else
    {
        dateDiff++;
    }
}
while(todayDoW.HasValue);
enum DoW
{
    Sunday = 1,
    Monday = 2,
    Tuesday = 4,
    Wednesday = 8,
    Thursday = 16,
    Friday = 32,
    Saturday = 64
}

下面是填充查找表的算法。你只需要做一次，所以我不确定它的效率有多重要……

int[] DaysOfWeek = (int[])Enum.GetValues(typeof(DayOfWeek));
int NumberOfDaysInWeek = DaysOfWeek.Length;
int NumberOfMasks = 1 << NumberOfDaysInWeek;
int[,] OffsetLookup = new int[NumberOfDaysInWeek, NumberOfMasks];
//populate offset lookup
for(int mask = 1; mask < NumberOfMasks; mask++)
{
    for(int d = 0; d < NumberOfDaysInWeek; d++)
    {
        OffsetLookup[d, mask] = (from x in DaysOfWeek
                                 where ((1 << x) & mask) != 0
                                 orderby Math.Abs(x - d)
                                 select (x - d) % NumberOfDaysInWeek).First();
    }
}

然后使用:

DateTime SomeDate = ...; //get a date
DateTime FirstDate = SomeDate.AddDays(OffsetLookup[SomeDate.DayOfWeek, DayOfWeekMask]);

我明白你说性能是要考虑的，但我将从一个简单的，易于理解的方法开始，并验证其性能是否足够，然后跳转到一个更复杂的方法，可能会让未来的代码维护者有点失落。

话虽如此，使用预初始化查找的一个可能的解决方案是:

[Flags]
enum DaysOfWeek
{
    None = 0,
    Sunday = 1,
    Monday = 2,
    Tuesday = 4,
    Wednesday = 8,
    Thursday = 16,
    Friday = 32,
    Saturday = 64
}

假设前面的枚举:

private static Dictionary<DayOfWeek, List<DaysOfWeek>> Maps { get; set; }
static void Main(string[] args)
{
    Maps = CreateMaps();
    var date = new DateTime(2011, 9, 29);
    var mask = DaysOfWeek.Wednesday | DaysOfWeek.Friday;
    var sw = Stopwatch.StartNew();
    for (int i = 0; i < 10000; i++)
    {
        GetNextDay(date, mask);
    }
    sw.Stop();
    Console.WriteLine(sw.ElapsedMilliseconds);
}
private static DaysOfWeek GetNextDay(DateTime date, DaysOfWeek mask)
{
    return Maps[date.DayOfWeek].First(dow => mask.HasFlag(dow));
}

最后是CreateMaps实现:

private static Dictionary<DayOfWeek, List<DaysOfWeek>> CreateMaps()
{
    var maps = new Dictionary<DayOfWeek, List<DaysOfWeek>>();
    var daysOfWeek = new List<DaysOfWeek>(7)
    {
        DaysOfWeek.Sunday, 
        DaysOfWeek.Monday, 
        DaysOfWeek.Tuesday, 
        DaysOfWeek.Wednesday, 
        DaysOfWeek.Thursday, 
        DaysOfWeek.Friday, 
        DaysOfWeek.Saturday 
    };
    foreach (DayOfWeek dayOfWeek in Enum.GetValues(typeof(DayOfWeek)))
    {
        var map = new List<DaysOfWeek>(7);
        for (int i = (int)dayOfWeek; i < 7; i++)
        {
            map.Add(daysOfWeek[i]);
        }
        for (int i = 0; i < (int)dayOfWeek; i++)
        {
            map.Add(daysOfWeek[i]);
        }
        maps.Add(dayOfWeek, map);
    }
    return maps;
}

这应该很容易做到。考虑DayOfWeek.Sunday == 0、Monday == 1等

你的掩码对应于这个。也就是说，在你的掩码中:

Sunday = 1 << 0
Monday = 1 << 1
Tuesday = 1 << 2

现在，给定一周中的一天，我们可以很容易地确定符合您的标准的日子:

[Flags]
enum DayMask
{
    Sunday = 1,
    Monday = 2,
    Tuesday = 4,
    Wednesday = 8,
    Thursday = 16,
    Friday = 32,
    Saturday = 64
}
static DayOfWeek FindNextDay(DayMask mask, DayOfWeek currentDay)
{
    DayOfWeek bestDay = currentDay;
    int bmask = 1;
    for (int checkDay = 0; checkDay < 7; ++checkDay)
    {
        if (((int)mask & bmask) != 0)
        {
            if (checkDay >= (int)currentDay)
            {
                bestDay = (DayOfWeek)checkDay;
                break;
            }
            else if (bestDay == currentDay)
            {
                bestDay = (DayOfWeek)checkDay;
            }
        }
        bmask <<= 1;
    }
    return bestDay;
}

例如，要匹配的日期是星期三，但掩码中只包含星期一。你可以看到，算法将选择星期一作为最好的一天，然后遍历其余的日子，不选择任何东西。

如果掩码包含星期一、星期二和星期四，算法将选择星期一作为最佳候选，忽略星期二，然后选择星期四作为最佳候选并退出。

这不会像查找表一样快，但它应该非常快。而且它使用的内存比查找表要少得多。

查找表要快得多，而且只占用1千字节的内存。考虑到上面的FindNextDay方法，很容易构造:

    static byte[,] LookupTable = new byte[128, 7];
    static void BuildLookupTable()
    {
        for (int i = 0; i < 128; ++i)
        {
            DayMask mask = (DayMask)i;
            for (int day = 0; day < 7; ++day)
            {
                LookupTable[i, day] = (byte)FindNextDay(mask, (DayOfWeek)day);
            }
        }
    }

现在，要获得掩码和当前日期的任何组合的第二天:

DayOfWeek nextDay = (DayOfWeek)LookupTable[(int)mask, (int)currentDay];

毫无疑问，有一种更快的方法来生成表。但它已经足够快了，而且由于它将在程序启动时执行一次，因此优化它似乎没有多大意义。如果您希望启动更快，请编写一个小程序，将表输出为c#代码。比如:

Console.WriteLine("static byte[,] LookupTable = new byte[128,7] {");
for (int i = 0; i < 128; ++i)
{
    Console.Write("    {");
    for (int j = 0; j < 7; ++j)
    {
        if (j > 0)
        {
            Console.Write(",");
        }
        Console.Write(" {0}", LookupTable[i, j]);
    }
    Console.WriteLine(" },");
}
Console.WriteLine("};");

然后你可以复制粘贴到你的程序中

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