Как установить, очистить и переключить один бит?
-
09-06-2019 - |
Вопрос
Как установить, очистить и переключить немного в C/C++?
Решение
Установка немного
Используйте побитовый оператор ИЛИ (|
), чтобы установить немного.
number |= 1UL << n;
Это установит n
немного number
. n
должно быть равно нулю, если вы хотите установить 1
st бит и так далее до n-1
, если вы хотите установить n
этот бит.
Использовать 1ULL
если number
шире, чем unsigned long
;продвижение 1UL << n
не происходит до тех пор, пока не будет оценено 1UL << n
где неопределенное поведение - сдвиг более чем на ширину long
.То же самое относится и ко всем остальным примерам.
Очистка немного
Используйте побитовый оператор И (&
), чтобы немного прояснить.
number &= ~(1UL << n);
Это очистит n
немного number
.Вы должны инвертировать битовую строку с помощью побитового оператора NOT (~
), затем И это.
Немного переключаюсь
Оператор XOR (^
) можно использовать для небольшого переключения.
number ^= 1UL << n;
Это переключит n
немного number
.
Немного проверяю
Вы об этом не просили, но я мог бы это добавить.
Чтобы немного проверить, сдвиньте число n вправо, затем побитовое И:
bit = (number >> n) & 1U;
Это поместит значение n
немного number
в переменную bit
.
Изменение нэто немного Икс
Установка n
хоть немного 1
или 0
может быть достигнуто с помощью следующего в реализации C++ с дополнением до 2:
number ^= (-x ^ number) & (1UL << n);
Кусочек n
будет установлен, если x
является 1
, и очищается, если x
является 0
.Если x
имеет какое-то другое значение, вы получите мусор. x = !!x
преобразует его в логическое значение 0 или 1.
Чтобы сделать это независимым от поведения отрицания дополнения до 2 (где -1
все биты установлены, в отличие от реализации C++ с дополнением до 1 или знаком/величиной), используйте беззнаковое отрицание.
number ^= (-(unsigned long)x ^ number) & (1UL << n);
или
unsigned long newbit = !!x; // Also booleanize to force 0 or 1
number ^= (-newbit ^ number) & (1UL << n);
Обычно рекомендуется использовать беззнаковые типы для переносимых манипуляций с битами.
или
number = (number & ~(1UL << n)) | (x << n);
(number & ~(1UL << n))
очистит n
этот бит и (x << n)
установит n
это немного x
.
Также, как правило, рекомендуется не копировать/вставлять код в целом, и поэтому многие люди используют макросы препроцессора (например, ответ в вики сообщества ниже) или какая-то инкапсуляция.
Другие советы
Использование стандартной библиотеки C++: std::bitset<N>
.
Или Способствовать росту версия: boost::dynamic_bitset
.
Нет необходимости катить самостоятельно:
#include <bitset>
#include <iostream>
int main()
{
std::bitset<5> x;
x[1] = 1;
x[2] = 0;
// Note x[0-4] valid
std::cout << x << std::endl;
}
[Alpha:] > ./a.out
00010
Версия Boost позволяет использовать битовый набор размером во время выполнения по сравнению с версией Boost. стандартная библиотека Битовый набор размера времени компиляции.
Другой вариант — использовать битовые поля:
struct bits {
unsigned int a:1;
unsigned int b:1;
unsigned int c:1;
};
struct bits mybits;
определяет 3-битное поле (фактически это три 1-битных поля).Битовые операции теперь стали немного (ха-ха) проще:
Чтобы установить или очистить немного:
mybits.b = 1;
mybits.c = 0;
Чтобы немного переключиться:
mybits.a = !mybits.a;
mybits.b = ~mybits.b;
mybits.c ^= 1; /* all work */
Немного проверяю:
if (mybits.c) //if mybits.c is non zero the next line below will execute
Это работает только с битовыми полями фиксированного размера.В противном случае вам придется прибегнуть к методам битовой обработки, описанным в предыдущих постах.
Я использую макросы, определенные в заголовочном файле, для обработки установки и очистки битов:
/* a=target variable, b=bit number to act upon 0-n */
#define BIT_SET(a,b) ((a) |= (1ULL<<(b)))
#define BIT_CLEAR(a,b) ((a) &= ~(1ULL<<(b)))
#define BIT_FLIP(a,b) ((a) ^= (1ULL<<(b)))
#define BIT_CHECK(a,b) (!!((a) & (1ULL<<(b)))) // '!!' to make sure this returns 0 or 1
/* x=target variable, y=mask */
#define BITMASK_SET(x,y) ((x) |= (y))
#define BITMASK_CLEAR(x,y) ((x) &= (~(y)))
#define BITMASK_FLIP(x,y) ((x) ^= (y))
#define BITMASK_CHECK_ALL(x,y) (((x) & (y)) == (y)) // warning: evaluates y twice
#define BITMASK_CHECK_ANY(x,y) ((x) & (y))
Иногда стоит использовать enum
к имя биты:
enum ThingFlags = {
ThingMask = 0x0000,
ThingFlag0 = 1 << 0,
ThingFlag1 = 1 << 1,
ThingError = 1 << 8,
}
Затем используйте имена позже.Т.е.писать
thingstate |= ThingFlag1;
thingstate &= ~ThingFlag0;
if (thing & ThingError) {...}
установить, очистить и протестировать.Таким образом вы скроете магические числа от остального кода.
В остальном я поддерживаю решение Джереми.
От snip-c.zip's bitops.h:
/*
** Bit set, clear, and test operations
**
** public domain snippet by Bob Stout
*/
typedef enum {ERROR = -1, FALSE, TRUE} LOGICAL;
#define BOOL(x) (!(!(x)))
#define BitSet(arg,posn) ((arg) | (1L << (posn)))
#define BitClr(arg,posn) ((arg) & ~(1L << (posn)))
#define BitTst(arg,posn) BOOL((arg) & (1L << (posn)))
#define BitFlp(arg,posn) ((arg) ^ (1L << (posn)))
Хорошо, давайте проанализируем ситуацию...
Общее выражение, с которым у вас, похоже, возникают проблемы во всех этих случаях, — «(1L << (posn))».Все, что это делает, это создает маску с одним битом, который будет работать с любым целым типом.Аргумент «POSN» указывает позицию, в которой вы хотите бит.Если POSN == 0, то это выражение оценит:
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 binary.
Если posn==8, результат будет равен:
0000 0000 0000 0000 0000 0001 0000 0000 binary.
Другими словами, это просто создает поле 0 с 1 в указанной позиции.Единственная сложная часть - на макросе BitClr (), где нам нужно установить один 0 бит в поле 1.Это достигается с использованием 1 комплемента того же выражения, что и оператор Tilde (~).
Как только маска создана, она применяется к аргументу так же, как вы предлагаете, используя бить и (&) или (|) и Xor (^) операторов.Поскольку маска имеет длинную, макросы будут работать так же хорошо на Чар, Шорт, Инт или Лонг.
Суть в том, что это общее решение целого класса проблем.Конечно, возможно и даже целесообразно переписать эквивалент любого из этих макросов с явными значениями маски каждый раз, когда вам это нужно, но зачем это делать?Помните, что замена макроса происходит в препроцессоре, и поэтому сгенерированный код будет отражать тот факт, что значения считаются постоянными компилятором - т.е.Так же эффективно использовать обобщенные макросы, как «заново изобретать колесо» каждый раз, когда вам нужно сделать бит -манипуляцию.
Не убеждены?Вот какой -то тестовый код - я использовал Watcom C с полной оптимизацией и без использования _cdecl, чтобы результирующая разборка была максимально чистой:
----[ ТЕСТ.C ]----------------------------------------- -----------------------
#define BOOL(x) (!(!(x)))
#define BitSet(arg,posn) ((arg) | (1L << (posn)))
#define BitClr(arg,posn) ((arg) & ~(1L << (posn)))
#define BitTst(arg,posn) BOOL((arg) & (1L << (posn)))
#define BitFlp(arg,posn) ((arg) ^ (1L << (posn)))
int bitmanip(int word)
{
word = BitSet(word, 2);
word = BitSet(word, 7);
word = BitClr(word, 3);
word = BitFlp(word, 9);
return word;
}
----[ TEST.OUT (разобрано) ]-------------------------------------- ---------
Module: C:\BINK\tst.c
Group: 'DGROUP' CONST,CONST2,_DATA,_BSS
Segment: _TEXT BYTE 00000008 bytes
0000 0c 84 bitmanip_ or al,84H ; set bits 2 and 7
0002 80 f4 02 xor ah,02H ; flip bit 9 of EAX (bit 1 of AH)
0005 24 f7 and al,0f7H
0007 c3 ret
No disassembly errors
----[ окончание ]-------------------------------------------- ----------------------
Используйте побитовые операторы: &
|
Чтобы установить последний бит в 000b
:
foo = foo | 001b
Чтобы проверить последний бит в foo
:
if ( foo & 001b ) ....
Чтобы очистить последний бит в foo
:
foo = foo & 110b
я использовал XXXb
для ясности.Вероятно, вы будете работать с шестнадцатеричным представлением, в зависимости от структуры данных, в которую вы упаковываете биты.
Для новичков я хотел бы объяснить немного больше на примере:
Пример:
value is 0x55;
bitnum : 3rd.
А &
используется оператор проверки бита:
0101 0101
&
0000 1000
___________
0000 0000 (mean 0: False). It will work fine if the third bit is 1 (then the answer will be True)
Переключить или перевернуть:
0101 0101
^
0000 1000
___________
0101 1101 (Flip the third bit without affecting other bits)
|
оператор:установить бит
0101 0101
|
0000 1000
___________
0101 1101 (set the third bit without affecting other bits)
Вот мой любимый макрос побитовой арифметики, который работает для любого типа целочисленного массива без знака, начиная с unsigned char
вплоть до size_t
(это самый большой тип, с которым должно быть эффективно работать):
#define BITOP(a,b,op) \
((a)[(size_t)(b)/(8*sizeof *(a))] op ((size_t)1<<((size_t)(b)%(8*sizeof *(a)))))
Чтобы установить немного:
BITOP(array, bit, |=);
Чтобы немного прояснить:
BITOP(array, bit, &=~);
Чтобы немного переключиться:
BITOP(array, bit, ^=);
Чтобы немного протестировать:
if (BITOP(array, bit, &)) ...
и т. д.
Подход битового поля имеет и другие преимущества во встроенной области.Вы можете определить структуру, которая отображается непосредственно на биты определенного аппаратного регистра.
struct HwRegister {
unsigned int errorFlag:1; // one-bit flag field
unsigned int Mode:3; // three-bit mode field
unsigned int StatusCode:4; // four-bit status code
};
struct HwRegister CR3342_AReg;
Вам нужно знать порядок упаковки битов - я думаю, что сначала идет старший бит, но это может зависеть от реализации.Кроме того, проверьте, как поля обработчиков вашего компилятора пересекают границы байтов.
Затем вы можете читать, записывать и проверять отдельные значения, как и раньше.
Поскольку здесь отмечено «встроенное», я предполагаю, что вы используете микроконтроллер.Все приведенные выше предложения действительны и работают (чтение-изменение-запись, объединения, структуры и т. д.).
Однако во время отладки с помощью осциллографа я был поражен, обнаружив, что эти методы имеют значительные накладные расходы в циклах ЦП по сравнению с записью значения непосредственно в регистры PORTnSET / PORTnCLEAR микросхемы, что имеет реальное значение при наличии тесных циклов / высоких значений. -переключатели частоты ISR.
Для незнакомых:В моем примере у микроконтроллера есть общий регистр состояния контактов PORTn, который отражает выходные контакты, поэтому выполнение PORTn |= BIT_TO_SET приводит к чтению-изменению-записи в этот регистр.Однако в регистрах PORTnSET/PORTnCLEAR значение «1» означает «пожалуйста, установите этот бит в 1» (SET) или «пожалуйста, установите этот бит в ноль» (CLEAR), а значение «0» означает «оставьте контакт в покое».Итак, вы получаете два адреса портов в зависимости от того, устанавливаете ли вы бит или сбрасываете его (не всегда удобно), но много более быстрая реакция и меньший ассемблированный код.
В более общем плане для растровых изображений произвольного размера:
#define BITS 8
#define BIT_SET( p, n) (p[(n)/BITS] |= (0x80>>((n)%BITS)))
#define BIT_CLEAR(p, n) (p[(n)/BITS] &= ~(0x80>>((n)%BITS)))
#define BIT_ISSET(p, n) (p[(n)/BITS] & (0x80>>((n)%BITS)))
Проверьте бит в произвольном месте в переменной произвольного типа:
#define bit_test(x, y) ( ( ((const char*)&(x))[(y)>>3] & 0x80 >> ((y)&0x07)) >> (7-((y)&0x07) ) )
Пример использования:
int main(void)
{
unsigned char arr[8] = { 0x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x89, 0xAB, 0xCD, 0xEF };
for (int ix = 0; ix < 64; ++ix)
printf("bit %d is %d\n", ix, bit_test(arr, ix));
return 0;
}
Примечания:Он спроектирован так, чтобы быть быстрым (учитывая его гибкость) и неразветвленным.Это приводит к эффективному машинному коду SPARC при компиляции Sun Studio 8;Я также протестировал его с помощью MSVC++ 2008 на amd64.Можно сделать подобные макросы для установки и сброса битов.Ключевое отличие этого решения от многих других заключается в том, что оно работает для любого местоположения практически любого типа переменных.
Эта программа предназначена для изменения любого бита данных с 0 на 1 или с 1 на 0:
{
unsigned int data = 0x000000F0;
int bitpos = 4;
int bitvalue = 1;
unsigned int bit = data;
bit = (bit>>bitpos)&0x00000001;
int invbitvalue = 0x00000001&(~bitvalue);
printf("%x\n",bit);
if (bitvalue == 0)
{
if (bit == 0)
printf("%x\n", data);
else
{
data = (data^(invbitvalue<<bitpos));
printf("%x\n", data);
}
}
else
{
if (bit == 1)
printf("elseif %x\n", data);
else
{
data = (data|(bitvalue<<bitpos));
printf("else %x\n", data);
}
}
}
Если вы много что-то делаете, возможно, вы захотите использовать маски, которые сделают все быстрее.Следующие функции очень быстрые и по-прежнему гибкие (они позволяют изменять битовые значения в битовых картах любого размера).
const unsigned char TQuickByteMask[8] =
{
0x01, 0x02, 0x04, 0x08,
0x10, 0x20, 0x40, 0x80,
};
/** Set bit in any sized bit mask.
*
* @return none
*
* @param bit - Bit number.
* @param bitmap - Pointer to bitmap.
*/
void TSetBit( short bit, unsigned char *bitmap)
{
short n, x;
x = bit / 8; // Index to byte.
n = bit % 8; // Specific bit in byte.
bitmap[x] |= TQuickByteMask[n]; // Set bit.
}
/** Reset bit in any sized mask.
*
* @return None
*
* @param bit - Bit number.
* @param bitmap - Pointer to bitmap.
*/
void TResetBit( short bit, unsigned char *bitmap)
{
short n, x;
x = bit / 8; // Index to byte.
n = bit % 8; // Specific bit in byte.
bitmap[x] &= (~TQuickByteMask[n]); // Reset bit.
}
/** Toggle bit in any sized bit mask.
*
* @return none
*
* @param bit - Bit number.
* @param bitmap - Pointer to bitmap.
*/
void TToggleBit( short bit, unsigned char *bitmap)
{
short n, x;
x = bit / 8; // Index to byte.
n = bit % 8; // Specific bit in byte.
bitmap[x] ^= TQuickByteMask[n]; // Toggle bit.
}
/** Checks specified bit.
*
* @return 1 if bit set else 0.
*
* @param bit - Bit number.
* @param bitmap - Pointer to bitmap.
*/
short TIsBitSet( short bit, const unsigned char *bitmap)
{
short n, x;
x = bit / 8; // Index to byte.
n = bit % 8; // Specific bit in byte.
// Test bit (logigal AND).
if (bitmap[x] & TQuickByteMask[n])
return 1;
return 0;
}
/** Checks specified bit.
*
* @return 1 if bit reset else 0.
*
* @param bit - Bit number.
* @param bitmap - Pointer to bitmap.
*/
short TIsBitReset( short bit, const unsigned char *bitmap)
{
return TIsBitSet(bit, bitmap) ^ 1;
}
/** Count number of bits set in a bitmap.
*
* @return Number of bits set.
*
* @param bitmap - Pointer to bitmap.
* @param size - Bitmap size (in bits).
*
* @note Not very efficient in terms of execution speed. If you are doing
* some computationally intense stuff you may need a more complex
* implementation which would be faster (especially for big bitmaps).
* See (http://graphics.stanford.edu/~seander/bithacks.html).
*/
int TCountBits( const unsigned char *bitmap, int size)
{
int i, count = 0;
for (i=0; i<size; i++)
if (TIsBitSet(i, bitmap))
count++;
return count;
}
Обратите внимание: чтобы установить бит «n» в 16-битном целом, вы делаете следующее:
TSetBit( n, &my_int);
Вы должны убедиться, что номер бита находится в пределах диапазона битовой карты, которую вы передаете.Обратите внимание, что для процессоров с прямым порядком байтов байты, слова, dword, qword и т. д. правильно сопоставляются друг с другом в памяти (основная причина того, что процессоры с прямым порядком байтов «лучше», чем процессоры с прямым порядком байтов, ах, я чувствую приближение пламени войны на...).
Использовать это:
int ToggleNthBit ( unsigned char n, int num )
{
if(num & (1 << n))
num &= ~(1 << n);
else
num |= (1 << n);
return num;
}
Расширение bitset
отвечать:
#include <iostream>
#include <bitset>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
bitset<8> byte(std::string("10010011");
// Set Bit
byte.set(3); // 10010111
// Clear Bit
byte.reset(2); // 10010101
// Toggle Bit
byte.flip(7); // 00010101
cout << byte << endl;
return 0;
}
Если вы хотите выполнить всю эту операцию с помощью программирования на языке C, Ядро Linux тогда предлагаю использовать стандартные API ядра Linux.
Видеть https://www.kernel.org/doc/htmldocs/kernel-api/ch02s03.html
set_bit Atomically set a bit in memory
clear_bit Clears a bit in memory
change_bit Toggle a bit in memory
test_and_set_bit Set a bit and return its old value
test_and_clear_bit Clear a bit and return its old value
test_and_change_bit Change a bit and return its old value
test_bit Determine whether a bit is set
Примечание:Здесь вся операция происходит за один шаг.Так что все это гарантированно будет атомный Даже на SMP -компьютерах и полезны для поддержания согласованности между процессорами.
Visual C 2010 и, возможно, многие другие компиляторы имеют встроенную прямую поддержку битовых операций.Удивительно, но это работает, даже sizeof()
оператор работает корректно.
bool IsGph[256], IsNotGph[256];
// Initialize boolean array to detect printable characters
for(i=0; i<sizeof(IsGph); i++) {
IsGph[i] = isgraph((unsigned char)i);
}
Итак, на ваш вопрос, IsGph[i] =1
, или IsGph[i] =0
упростите установку и очистку логических значений.
Чтобы найти непечатаемые символы:
// Initialize boolean array to detect UN-printable characters,
// then call function to toggle required bits true, while initializing a 2nd
// boolean array as the complement of the 1st.
for(i=0; i<sizeof(IsGph); i++) {
if(IsGph[i]) {
IsNotGph[i] = 0;
} else {
IsNotGph[i] = 1;
}
}
Обратите внимание, что в этом коде нет ничего «особенного».Он обрабатывается как целое число, что технически так и есть.Однобитовое целое число, которое может содержать только 2 значения.
Однажды я использовал этот подход для поиска повторяющихся записей о кредитах, где кредит_номер был ключом ISAM, используя шестизначный номер кредита в качестве индекса в битовом массиве.Дико быстро и через 8 месяцев было доказано, что мэйнфрейм, с которого мы получали данные, на самом деле работал со сбоями.Простота битовых массивов делает уверенность в их правильности очень высокой - по сравнению, например, с поисковым подходом.
Используйте один из операторов, как определено здесь.
Чтобы немного установить, использовал int x = x | 0x?;
где ?
это позиция бита в двоичной форме.
Вот некоторые макросы, которые я использую:
SET_FLAG(Status, Flag) ((Status) |= (Flag))
CLEAR_FLAG(Status, Flag) ((Status) &= ~(Flag))
INVALID_FLAGS(ulFlags, ulAllowed) ((ulFlags) & ~(ulAllowed))
TEST_FLAGS(t,ulMask, ulBit) (((t)&(ulMask)) == (ulBit))
IS_FLAG_SET(t,ulMask) TEST_FLAGS(t,ulMask,ulMask)
IS_FLAG_CLEAR(t,ulMask) TEST_FLAGS(t,ulMask,0)
Используемая переменная
int value, pos;
значение - Данные
pos — позиция бита, который мы хотим установить, очистить или переключить.
Установите немного:
value = value | 1 << pos;
Немного проясните:
value = value & ~(1 << pos);
Переключите немного:
value = value ^ 1 << pos;
Как установить, очистить и переключить один бит?
Чтобы устранить распространенную ошибку кодирования при попытке сформировать маску:
1
не всегда достаточно широк
Какие проблемы возникают, когда number
является более широким типом, чем 1
?
x
может быть слишком большим для смены 1 << x
ведущий к неопределенное поведение (УБ).Даже если x
это не так уж и здорово, ~
может не перевернуть достаточное количество наиболее значимых битов.
// assume 32 bit int/unsigned
unsigned long long number = foo();
unsigned x = 40;
number |= (1 << x); // UB
number ^= (1 << x); // UB
number &= ~(1 << x); // UB
x = 10;
number &= ~(1 << x); // Wrong mask, not wide enough
Чтобы гарантировать, что 1 достаточно широк:
Код может использовать 1ull
или педантично (uintmax_t)1
и позвольте компилятору оптимизировать.
number |= (1ull << x);
number |= ((uintmax_t)1 << x);
Или приведение - что позволяет избежать проблем с кодированием/проверкой/обслуживанием, сохраняя правильность и актуальность приведения.
number |= (type_of_number)1 << x;
Или мягко продвигать 1
путем принудительной математической операции, которая по крайней мере столь же широка, как и тип number
.
number |= (number*0 + 1) << x;
Как и в большинстве битовых манипуляций, лучше всего работать с без подписи типы, а не подписано те
int set_nth_bit(int num, int n){
return (num | 1 << n);
}
int clear_nth_bit(int num, int n){
return (num & ~( 1 << n));
}
int toggle_nth_bit(int num, int n){
return num ^ (1 << n);
}
int check_nth_bit(int num, int n){
return num & (1 << n);
}
Версия шаблона C++11 (помещена в заголовок):
namespace bit {
template <typename T1, typename T2> inline void set (T1 &variable, T2 bit) {variable |= ((T1)1 << bit);}
template <typename T1, typename T2> inline void clear(T1 &variable, T2 bit) {variable &= ~((T1)1 << bit);}
template <typename T1, typename T2> inline void flip (T1 &variable, T2 bit) {variable ^= ((T1)1 << bit);}
template <typename T1, typename T2> inline bool test (T1 &variable, T2 bit) {return variable & ((T1)1 << bit);}
}
namespace bitmask {
template <typename T1, typename T2> inline void set (T1 &variable, T2 bits) {variable |= bits;}
template <typename T1, typename T2> inline void clear(T1 &variable, T2 bits) {variable &= ~bits;}
template <typename T1, typename T2> inline void flip (T1 &variable, T2 bits) {variable ^= bits;}
template <typename T1, typename T2> inline bool test_all(T1 &variable, T2 bits) {return ((variable & bits) == bits);}
template <typename T1, typename T2> inline bool test_any(T1 &variable, T2 bits) {return variable & bits;}
}
Попробуйте одну из этих функций на языке C, чтобы изменить n бит:
char bitfield;
// Start at 0th position
void chang_n_bit(int n, int value)
{
bitfield = (bitfield | (1 << n)) & (~( (1 << n) ^ (value << n) ));
}
Или
void chang_n_bit(int n, int value)
{
bitfield = (bitfield | (1 << n)) & ((value << n) | ((~0) ^ (1 << n)));
}
Или
void chang_n_bit(int n, int value)
{
if(value)
bitfield |= 1 << n;
else
bitfield &= ~0 ^ (1 << n);
}
char get_n_bit(int n)
{
return (bitfield & (1 << n)) ? 1 : 0;
}