位操作/数值统计类 warp 级内置函数

位操作/数值统计类 warp 级内置函数，主要用于快速处理整数的二进制位信息，我会按功能分类整理，并说明每个函数的用途和示例，方便你理解和使用。

一、核心分类：与__popc同类的内置函数

__popc 的全称是 Population Count（人口计数），核心作用是统计整数二进制中 1 的个数。同类函数主要分为以下几类，均支持 int/unsigned int（32位）和 long long/unsigned long long（64位，函数名后缀加 ll）：

函数名	中文名称	核心作用	示例（输入→输出）
`__popc(x)`	位计数（1的个数）	统计x的二进制中`1`的位数	`__popc(0b1010)` → 2
`__popcll(x)`	64位位计数	统计64位整数x的二进制中`1`的位数	`__popcll(0x11LL)` → 2
`__clz(x)`	前导零计数	统计x的二进制中最高位1左侧的0的个数（32位）	`__clz(0b1010)` → 28（32位）
`__clzll(x)`	64位前导零计数	统计64位整数x的二进制中最高位1左侧的0的个数	`__clzll(0b1010LL)` → 60
`__ffs(x)`	第一个1的位置	查找x的二进制中最低位1的位置（从1开始计数，x=0返回0）	`__ffs(0b1010)` → 2
`__ffsll(x)`	64位第一个1的位置	64位整数版本的__ffs	`__ffsll(0x100LL)` → 9
`__brev(x)`	位反转	将x的二进制位按位反转（32位）	`__brev(0b1010)` → 0b0101<<28
`__brevll(x)`	64位位反转	64位整数版本的__brev	-
`__byte_perm(x,y,mask)`	字节置换	按mask规则重新排列x和y的字节（常用于快速字节序转换）	见下方示例
`__funnelshift_l(x,y,s)`	漏斗移位（左）	将x和y拼接后左移s位，返回低32位	-
`__funnelshift_r(x,y,s)`	漏斗移位（右）	将x和y拼接后右移s位，返回低32位	-

二、关键函数详解与示例

1. 前导零计数：__clz（最常用的补充函数）

__clz = Count Leading Zeros，统计最高位1左边的0的数量（32位整数总位数32，所以结果范围0~31）。

示例：

// 0b1010 的32位完整二进制：00000000 00000000 00000000 00001010
unsigned int x = 0b1010;
int res = __clz(x); // res = 28（最高位1在第3位，左边有28个0）
printf("__clz(0b1010) = %d\n", res); // 输出28

典型用途：快速计算整数的二进制位数（32 - __clz(x)）、归一化数值等。

2. 第一个1的位置：__ffs

__ffs = Find First Set，返回最低位1的位置（从1开始计数，若x=0则返回0）。

示例：

unsigned int x = 0b1010; // 二进制最低位1在第2位
int res = __ffs(x); // res = 2
printf("__ffs(0b1010) = %d\n", res); // 输出2

x = 0b1000;
res = __ffs(x); // res = 4（最低位1在第4位）

典型用途：快速定位最低有效位、位掩码拆分等。

3. 位反转：__brev

__brev = Bit Reverse，将32位整数的二进制位完全反转（第0位和第31位交换，第1位和第30位交换...）。

示例：

unsigned int x = 0b1010; // 低4位是1010，高位全0
unsigned int res = __brev(x); 
// 反转后：低28位是0，高4位是0101 → 0x01010000（十进制1050624）
printf("__brev(0b1010) = 0x%08x\n", res); // 输出0x01010000

典型用途：硬件接口数据格式转换、位序调整等。

4. 字节置换：__byte_perm

__byte_perm(x, y, mask) = Byte Permute，按mask的4个半字节（nibble）指定的索引，从x（字节0-3）和y（字节4-7）中取字节拼接成新整数。

示例：

unsigned int x = 0x11223344; // 字节0:44, 字节1:33, 字节2:22, 字节3:11
unsigned int y = 0x55667788; // 字节4:88, 字节5:77, 字节6:66, 字节7:55
// mask=0x3210 → 取x的字节3、2、1、0 → 0x11223344
unsigned int res1 = __byte_perm(x, y, 0x3210); 
// mask=0x7654 → 取y的字节7、6、5、4 → 0x55667788
unsigned int res2 = __byte_perm(x, y, 0x7654);
// mask=0x0415 → 取x字节0、y字节4、x字节1、y字节5 → 0x33774488
unsigned int res3 = __byte_perm(x, y, 0x0415);

典型用途：快速转换大小端、重组字节数据（如RGB→BGR）。

三、warp级扩展：与__ballot_sync结合的函数

除了单线程位操作，还有一批warp级位操作函数（和你之前用的__ballot_sync同源），也是高频使用的“同类”函数：

函数名	作用
`__ballot_sync(mask, p)`	生成warp中满足条件p的线程掩码（你已熟悉）
`__any_sync(mask, p)`	判断warp中是否有任意线程满足条件p（返回1/0）
`__all_sync(mask, p)`	判断warp中是否所有线程都满足条件p（返回1/0）
`__shfl_sync(mask, val, lane)`	从指定lane线程获取val值（warp内线程通信）
`__shfl_down_sync(mask, val, delta)`	从当前lane+delta线程获取val值

示例：__any_sync 和 __all_sync

__global__ void test_warp_func() {
    int lane = threadIdx.x & 31;
    int predicate = (lane % 2) == 0; // 偶数lane为1
    
    // 判断是否有任意线程满足predicate=1
    int any = __any_sync(0xffffffff, predicate); 
    // 判断是否所有线程都满足predicate=1
    int all = __all_sync(0xffffffff, predicate); 
    
    if (lane == 0) {
        printf("any: %d, all: %d\n", any, all); // 输出any:1, all:0
    }
}

四、使用注意事项

所有这些函数都是设备端内置函数（__device__），只能在核函数/设备函数中使用；
32位函数（如__popc）参数为int/unsigned int，64位函数（如__popcll）参数为long long/unsigned long long，混用会导致编译错误；
这些函数是硬件指令级实现，执行速度极快（单周期），远快于手动编写循环统计位信息。

总结

和__popc最直接的同类函数：__clz（前导零）、__ffs（第一个1的位置）、__brev（位反转），分别用于统计0的位置、1的位置、位序反转；
扩展的warp级位操作函数：__any_sync、__all_sync、__shfl_sync，常用于warp内线程协作；
所有函数均为硬件原生支持，优先使用这些内置函数而非手动实现，能大幅提升CUDA程序性能。