在數字信号處理領域,常遇到需要将一個正整數向上圓整為2的n次方的數據的情況,如對采集到的時域信号做頻譜分析時,常要求數據點數必須滿足為2的n次方,滿足此種情況才可用傅裡葉變換的基2快速算法,以達到較好的運算速度。換句話說,數據點數必須圓整為形如128、512、1024、4096等類型的數字。
那麼,在C/C 語言中,怎樣快速實現這個功能呢?假定給一個正整數x,寫一個函數numTo2N,得到将其向上圓整為2的n次方的值y,下面給出幾種常用方法的C/C 語言代碼實現。
方法1思路:最直接的思維方式,在while循環裡将正整數x始終除以2,直到x除以2的值小于2,統計循環的次數i,若最後x除以2的值大于1,則循環次數i=i 1,返回2的i次方,即是y的值。實現代碼如下:
思路:同方法1類似,給一個初始值i=1,同樣在while循環裡将正整數x右移1位(相當于除以2,隻是舍棄了小數部分),直到x右移1位的值為0,同時,将i左移1位(相當于乘以2),最後,判斷i的值,若是小于原始的x值,則返回i再左移1位的值,否則返回i的值,即是y的值。實現代碼如下:
思路:将給定的數x,表示為2的次方的形式,求解次方的值,将次方向上取整為n值,返回2的n次方的值,即是要求的y值,數學推導如下:
實現代碼如下:
調用上面3個函數,測試代碼如下:
運行結果如下:
上面3種方法都可以實現我們想要的結果,其中,第1種最直觀,第2種采用移位運算,運行速度最快,第3種涉及到對數的運算,運行速度最慢。
另外,在這個題目的基礎上,可以進一步思考另一個問題,怎樣快速判斷一個數是否為2的n次方?
實際上很簡單,如果一個數是2的n次方的話,二進制表示最高位一定是1,其它位是0,如對于數值x=16,其二進制表示為“10000”,則x-1=15,其二進制表示為“01111”,所以x與x-1位與運算為0,而對于不是2的n次方表示的數值,則不滿足這個特點,根據這個思路,可寫下面的函數進行判斷一個數是否為2的n次方:
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