# C++11 中一些常用的 `__builtin` 函数

在 C++11 中，`__builtin` 函数（通常称为 GCC 内建函数）是 GNU 编译器集合（GCC）提供的一系列特殊函数。它们不是 C++ 标准库的一部分，而是编译器内置的、高度优化的底层操作，可直接映射到 CPU 指令，性能优于标准库函数。

这些函数常用于位操作、数值分析和性能优化场景。

> **注意**：`__builtin` 函数是 GCC 和 Clang 特有的，MSVC 不支持。使用时需注意平台可移植性。

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## 一、计数类函数（Counting Functions）

用于计算二进制中 1 的个数或前导/尾随零的个数。

| 函数 | 功能 | 示例 |
|------|------|------|
| `__builtin_popcount(x)` | 计算 `unsigned int` 中 1 的个数 | `__builtin_popcount(7)` → `3`（`111`） |
| `__builtin_popcountll(x)` | 计算 `unsigned long long` 中 1 的个数 | `__builtin_popcountll(1LL << 40)` → `1` |
| `__builtin_clz(x)` | 计算前导零（leading zeros）个数<br>⚠️ `x = 0` 时行为未定义 | `__builtin_clz(1)` → `31`（32位系统） |
| `__builtin_clzll(x)` | 对 `unsigned long long` 计算前导零 | `__builtin_clzll(1LL)` → `63`（64位） |
| `__builtin_ctz(x)` | 计算尾随零（trailing zeros）个数<br>⚠️ `x = 0` 时行为未定义 | `__builtin_ctz(8)` → `3`（`1000`） |
| `__builtin_ctzll(x)` | 对 `long long` 计算尾随零 | `__builtin_ctzll(32LL)` → `5` |

> 应用：快速求二进制 1 的个数、判断是否为 2 的幂、位图操作等。

---

## 二、奇偶性与位检测

| 函数 | 功能 |
|------|------|
| `__builtin_parity(x)` | 返回 1 的个数的奇偶性（奇数个 1 返回 1，否则返回 0） |
| `__builtin_parityll(x)` | 对 `long long` 类型执行奇偶性检查 |

> ✅ 示例：`__builtin_parity(7)` → `1`（`111` 有 3 个 1，奇数）

---

## 三、最值与位置检测

| 函数 | 功能 |
|------|------|
| `__builtin_ffs(x)` | 返回最低位 1 的位置（从 1 开始）<br>`x=6`（`110`）→ 返回 `2` |
| `__builtin_ffsll(x)` | 对 `long long` 版本 |

> 等价于 `__builtin_ctz(x) + 1`，但 `__builtin_ffs(0)` 返回 0（安全），而 `__builtin_ctz(0)` 未定义。

---

## 四、算术运算与溢出检查

GCC 提供了安全的整数运算检查函数，适用于 C++11。

| 函数 | 功能 |
|------|------|
| `__builtin_add_overflow(a, b, &res)` | 检查 `a + b` 是否溢出，结果存入 `res`，返回 `bool` |
| `__builtin_sub_overflow(a, b, &res)` | 检查 `a - b` 是否溢出 |
| `__builtin_mul_overflow(a, b, &res)` | 检查 `a * b` 是否溢出 |

### 示例代码：

```cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a = 2000000000, b = 2000000000;
    int result;
    if (__builtin_add_overflow(a, b, &result)) {
        cout << "Overflow occurred!" << endl;
    } else {
        cout << "Sum: " << result << endl;
    }
    return 0;
}
```

C++11 中一些常用的 `__builtin` 函数

在 C++11 中，__builtin 函数（通常称为 GCC 内建函数）是 GNU 编译器集合（GCC）提供的一系列特殊函数。它们不是 C++ 标准库的一部分，而是编译器内置的、高度优化的底层操作，可直接映射到 CPU 指令，性能优于标准库函数。

这些函数常用于位操作、数值分析和性能优化场景。

注意：__builtin 函数是 GCC 和 Clang 特有的，MSVC 不支持。使用时需注意平台可移植性。

一、计数类函数（Counting Functions）

用于计算二进制中 1 的个数或前导/尾随零的个数。

函数	功能	示例
`__builtin_popcount(x)`	计算 `unsigned int` 中 1 的个数	`__builtin_popcount(7)` → `3`（`111`）
`__builtin_popcountll(x)`	计算 `unsigned long long` 中 1 的个数	`__builtin_popcountll(1LL << 40)` → `1`
`__builtin_clz(x)`	计算前导零（leading zeros）个数 ⚠️ `x = 0` 时行为未定义	`__builtin_clz(1)` → `31`（32位系统）
`__builtin_clzll(x)`	对 `unsigned long long` 计算前导零	`__builtin_clzll(1LL)` → `63`（64位）
`__builtin_ctz(x)`	计算尾随零（trailing zeros）个数 ⚠️ `x = 0` 时行为未定义	`__builtin_ctz(8)` → `3`（`1000`）
`__builtin_ctzll(x)`	对 `long long` 计算尾随零	`__builtin_ctzll(32LL)` → `5`

应用：快速求二进制 1 的个数、判断是否为 2 的幂、位图操作等。

二、奇偶性与位检测

函数	功能
`__builtin_parity(x)`	返回 1 的个数的奇偶性（奇数个 1 返回 1，否则返回 0）
`__builtin_parityll(x)`	对 `long long` 类型执行奇偶性检查

✅ 示例：__builtin_parity(7) → 1（111 有 3 个 1，奇数）

三、最值与位置检测

函数	功能
`__builtin_ffs(x)`	返回最低位 1 的位置（从 1 开始） `x=6`（`110`）→ 返回 `2`
`__builtin_ffsll(x)`	对 `long long` 版本

等价于 __builtin_ctz(x) + 1，但 __builtin_ffs(0) 返回 0（安全），而 __builtin_ctz(0) 未定义。

四、算术运算与溢出检查

GCC 提供了安全的整数运算检查函数，适用于 C++11。

函数	功能
`__builtin_add_overflow(a, b, &res)`	检查 `a + b` 是否溢出，结果存入 `res`，返回 `bool`
`__builtin_sub_overflow(a, b, &res)`	检查 `a - b` 是否溢出
`__builtin_mul_overflow(a, b, &res)`	检查 `a * b` 是否溢出

示例代码：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a = 2000000000, b = 2000000000;
    int result;
    if (__builtin_add_overflow(a, b, &result)) {
        cout << "Overflow occurred!" << endl;
    } else {
        cout << "Sum: " << result << endl;
    }
    return 0;
}

—— 本文来自火龙信奥（义乌睿码科技）：义乌青少年信息学奥赛与编程教育平台，专注 CSP-J/S、NOIP、GESP 竞赛培训，线上线下融合教学，助力编程升学。网址：hlcoding.com

在 C++11 中，__builtin 函数