c - 将 m 位设置为 n 位

Question

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我有一个32-bit数字并且不使用 for 循环，我想设置 m位至 n位。

例如:

m位可能是2nd或5th或9th或10th .
n位可能是22nd或27或11th少量。

我假设 (m < n)。

请帮助我。谢谢

Answer 1

假设位从 LSB 到 MSB 编号:

BIT NUMBER    31                                     0
               ▼                                     ▼
number bits    0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0101 
               ▲    ^           ^                    ▲ 
              MSB   |           |                   LSB
                    |           | 
                   n=27        m=17

LSB - Least Significant Bit (numbered 0)
MSB - Most  Significant Bit (numbered 31) 

在上图中，我展示了如何从 LSB 到 MSB 对位进行编号。注意 n 的相对位置和m哪里n > m .

<小时/>

设置从 n 到 m 的(全 1)位

<小时/>

设置- 1 位置 m 的所有位 至 n (其中 n > m )为 32 位数字。您需要一个 32 位掩码，其中所有位均为 1 来自 n至m其余位为 0 。

例如，设置 m=17 中的所有位 至 n=27 我们需要这样的面具:

BIT NUMBER    31   n=27        m=17                  0
               ▼    ▼           ▼                    ▼
mask =         0000 1111 1111 1110 0000 0000 0000 0000

如果我们有任何 32 位数字，通过按位或 ( | ) 与该数字我们可以设置 - 1 来自 m 的所有位至n 。所有其他位将保持不变。

记住 OR 的工作原理如下:

x | 1 = 1   , and 
x | 0 = x 

哪里x值可以是 1或0 .

所以通过这样做:

 num32bit = num32bit | mask; 

我们可以设置n至m位1其余位将保持不变。例如，假设 num32bit =0011 1001 1000 0000 0111 1001 0010 1101 ,

然后:

0011 1001 1000 0000 0111 1001 0010 1101   <--- num32bit
0000 1111 1111 1110 0000 0000 0000 0000   <--- mask     
----------------------------------------  ---------------Bitwise OR operation  
0011 1111 1111 1110 0111 1001 0010 1101   <--- new number  
---- ▲           ▲  -------------------
     |-----------|   this bits are from `num32bit`
      all bits are   
      1 here

这就是我的意思:

     num32bit = num32bit | mask; 

##如何制作面具？

制作一个掩码，其中所有位都是 1来自n至m其他的是 0 ，我们需要三个步骤:

1. Create mask_n :右侧的所有位来自 n=27是一个

    BIT NUMBER     31  n=27                              0
                   ▼    ▼                                ▼
    mask_27=       0000 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
   

   在编程中，可以通过右移 ( >> ) 4 次来创建。

   而且，为什么 4 ？

    4 = 32 - n - 1  ==> 31 - 27 ==> 4
   

   另请注意:~ 的补码 ( 0 )所有位均为 1，我们需要unsigned right shift在C中
   了解difference between signed and unsigned right shift

2. Create mask_m :左侧的所有位来自 m=17是其中之一。

    BIT NUMBER    31              m=17                  0
                  ▼                ▼                    ▼
    mask_17       1111 1111 1111 1110 0000 0000 0000 0000
   

3. Create mask :上面的按位与为:mask = mask_n & mask_m :

    mask =         0000 1111 1111 1110 0000 0000 0000 0000
                        ▲           ▲
    BIT NUMBER          27          17
   

下面是我的 getMask(n, m)函数返回一个无符号数字，类似于步骤 3 中的掩码。

#define BYTE 8
typedef char byte; // Bit_sizeof(char) == BYTE
unsigned getMask(unsigned n,
              unsigned m){
    byte noOfBits = sizeof(unsigned) * BYTE;
    unsigned mask_n = ((unsigned)~0u) >> (noOfBits - n - 1),
             mask_m = (~0u) << (noOfBits - m),
             mask = mask_n & mask_m; // bitwise & of 2 sub masks
    return mask;
}

测试我的getMask()我还写过main()函数和一个 binary() 函数，该函数以二进制格式打印给定的数字。

void binary(unsigned);
int main(){
    unsigned num32bit = 964720941u;
    unsigned mask = 0u;
    unsigned rsult32bit;
    int i = 51;     
    mask = getMask(27, 17);
    rsult32bit  = num32bit | mask;  //set n to m bits 1
    printf("\nSize of int is = %ld bits, and " 
           "Size of unsigned = %ld e.g.\n", sizeof(int) * BYTE,
                                            sizeof(unsigned) * BYTE);
    printf("dec= %-4u, bin= ", 21);
    binary(21);
    printf("\n\n%s %d\n\t   ", "num32bit =", num32bit); 
    binary(num32bit);
    printf("mask\t   "); 
    binary(mask);
    while(i--) printf("-");
    printf("\n\t   "); 
    binary(rsult32bit);
    printf("\n");
    return EXIT_SUCCESS;
}
void binary(unsigned dec){
  int i = 0,
      left = sizeof(unsigned) * BYTE - 1;
  for(i = 0; left >= 0; left--, i++){
    printf("%d", !!(dec & ( 1 << left )));
    if(!((i + 1) % 4)) printf(" ");
  }
  printf("\n");
}  

此测试代码的运行方式如下(输出与我在上面的示例中解释的完全相同):

Output of code: 
-----------------
$ gcc b.c 
:~$ ./a.out 

Size of int is = 32 bits, and Size of unsigned = 32 e.g.
dec= 21  , bin= 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0101 

num32bit = 964720941
           0011 1001 1000 0000 0111 1001 0010 1101 
mask       0000 1111 1111 1110 0000 0000 0000 0000 
---------------------------------------------------
           0011 1111 1111 1110 0111 1001 0010 1101 
:~$ 

此外，您可以写 getMask()函数以较短的形式包含在两个语句中，如下所示:

unsigned getMask(unsigned n,
                 unsigned m){
    byte noOfBits = sizeof(unsigned) * BYTE;
    return ((unsigned)~0u >> (noOfBits - n - 1)) &
           (~0u << (noOfBits -m));
}           

^{注意:我删除了多余的括号，以清理代码。尽管您永远不需要记住运算符的优先级，因为您可以使用 () 覆盖优先级。 ，一个好的程序员总是引用优先级表来编写整洁的代码。}

更好的方法可能是编写如下宏:

#define _NO_OF_BITS sizeof(unsigned) * CHAR_BIT
#define MASK(n, m)  (((unsigned)~0u >> (_NO_OF_BITS - n - 1)) & \
                    (~0u << (_NO_OF_BITS - m)))

并调用如下:

result32bit  = num32bit | MASK(27, 17);

<小时/>

将(全零)位从 n 重置为 m

<小时/>

要将所有位从 n 重置为 m = 0，并保持其余位不变，只需对 ~ 求补 ( mask ) .

mask      0000 1111 1111 1111 1000 0000 0000 0000 
~mask     1111 0000 0000 0000 0111 1111 1111 1111   <-- complement 

也可以代替|运算符设置零 &是必需的。

记住AND的工作方式如下:

x & 0 = 0   , and 
x & 0 = 0 

哪里x值可以是 1 或 0。

因为我们已经有了按位补 ~运算符 and 和 &运算符，我们只需要做:

rsult32bit  = num32bit & ~MASK(27, 17);

它的工作原理如下:

num32bit = 964720941
       0011 1001 1000 0000 0111 1001 0010 1101 
mask   1111 0000 0000 0000 0111 1111 1111 1111 
---------------------------------------------------
       0011 0000 0000 0000 0111 1001 0010 1101