有人可以解释一下这个 bitMask 代码是如何工作的吗？

Question

这是我的合作伙伴想出的代码，但出于某种原因，我无法联系到他，问他应该如何工作。我现在已经经历了很多次，但似乎无法得到我应该得到的答案。

/**
 * bitMask - Generate a mask consisting of all 1's 
 *   lowbit and highbit
 *   Examples: bitMask(5,3) = 0x38
 *   Assume 0 <= lowbit <= 31, and 0 <= highbit <= 31
 *   If lowbit > highbit, then mask should be all 0's
 *   Legal ops: ! ~ & ^ | + << >>
 */
int bitMask(int highbit, int lowbit) {
   int i = ~0;
   return ~(i << highbit << 1) & (i << lowbit);
}

Answer 1

这个函数实际上是不正确的:对于 highbit 的大值和 lowbit ，它可能具有特定于实现的行为甚至未定义的行为。它应该使用并返回 unsigned类型:

unsigned bitMask(int highbit, int lowbit) {
    unsigned i = ~0U;
    return ~(i << highbit << 1) & (i << lowbit);
}

步骤如下:

• i = ~0U;将 i 设置为所有位 1。

• i << highbit将这些位向左移动，插入 highbit低位0位。

• i << highbit << 1为多一个 0 位腾出空间。不应将此表达式简化为 i << (highbit + 1)因为如果highbit + 1，这样的位移是实现定义的变得大于或等于 i 类型中的位数.

• ~(i << highbit << 1)补充这个面具，用 highbit + 1 创建一个面具低位设置位，高位设置为 0。

• i << lowbit使用 lowbit 创建掩码0 位，高位 1。

• ~(i << highbit << 1) & (i << lowbit)计算这 2 个掩码的交集，结果有 1 位来自位号 lowbit位编号 highbit包含在内，对来自 0 的位进行编号对于最不重要的。

例子:

• bitMask(31, 0) -> 0xFFFFFFFF .
• bitMask(0, 0) -> 0x00000001 .
• bitMask(31, 16) -> 0xFFFF0000 .
• bitMask(15, 0) -> 0x0000FFFF .

这种编号方法用于硬件规范。我个人更喜欢一种不同的方法，其中指定要跳过的位数和要设置的位数，更符合位域规范:

unsigned bitSpec(int start, int len) {
    return (~0U >> (32 - len)) << start;
}

和相同的例子:

• bitSpec(0, 32) -> 0xFFFFFFFF .
• bitSpec(0, 1) -> 0x00000001 .
• bitSpec(16, 16) -> 0xFFFF0000 .
• bitSpec(0, 16) -> 0x0000FFFF .