如何在 CC++ 中读写任意位

在我问了这个问题大约2年多之后，我想用我想要的方式来解释它，当我还是一个完全的新手时，这对那些想了解这个过程的人来说是最有益的.

首先，忘记"11111111"示例值，它并不完全适合流程的可视化解释.因此，假设初始值为10111011(187十进制)，这将更好地说明该过程.

1 - how to read a 3 bit value starting from the second bit:个

    ___  <- those 3 bits
10111011 

该值是101或小数形式的5，有两种可能的方法来获取它:

• 遮罩和移位

在这种方法中，首先用值00001110(14位小数)屏蔽所需位，然后移位到位:

    ___
10111011 AND
00001110 =
00001010 >> 1 =
     ___
00000101

其表达式为:(value & 14) >> 1

• 移位和遮罩

此方法类似，但操作顺序颠倒，这意味着原始值被移位，然后用00000111(7)进行掩码，仅保留最后3位:

    ___
10111011 >> 1
     ___
01011101 AND
00000111
00000101

其表达式为:(value >> 1) & 7

这两种方法都涉及相同的复杂性，因此在性能上不会有所不同.

2 - how to write a 3 bit value starting from the second bit:个

在这种情况下，初始值是已知的，当代码中出现这种情况时，您可能会想出一种方法，将已知值设置为另一个使用较少操作的已知值，但实际上很少会出现这种情况，大多数情况下，代码既不知道初始值，也不知道要写入的值.

这意味着为了将新值成功地"拼接"成字节，必须将目标位设置为0，之后将移位的值"拼接"到位，这是第一步:

    ___ 
10111011 AND
11110001 (241) =
10110001 (masked original value)

第二步是将我们想要写入3位的值移位，假设我们想要将其从101(5)更改为110(6)

     ___
00000110 << 1 =
    ___
00001100 (shifted "splice" value)

第三步(也是最后一步)是将屏蔽的原始值与移位的"拼接"值进行拼接:

10110001 OR
00001100 =
    ___
10111101

整个过程的表达式是:(value & 241) | (6 << 1)

Bonus - how to generate the read and write masks:

当然，使用二进制到十进制转换器远非完美，尤其是在32位和64位容器的情况下-十进制值变得非常大.可以使用表达式轻松地生成掩码，编译器可以在编译期间有效地解析这些掩码:

• read mask for "遮罩和移位": ((1 << fieldLength) - 1) << (fieldIndex - 1), assuming that the index at the first bit is 1 (not zero)
• read mask for "移位和遮罩": (1 << fieldLength) - 1 (index does not play a role here since it is always shifted to the first bit
• write mask : just invert the "遮罩和移位" mask expression with the ~ operator

它是如何工作的(3位字段从上述示例中的第二位开始)？

00000001 << 3
00001000  - 1
00000111 << 1
00001110  ~ (read mask)
11110001    (write mask)

相同的示例适用于更宽的整数以及字段的任意位宽和位置，移位值和掩码值也相应地改变.

还要注意的是，示例假定无符号整数，这是您想要使用整数作为可移植位字段的替代方案(标准绝不保证常规位字段是可移植的)，左移位和右移位都会插入一个填充0，而右移位有符号整数则不是这种情况.

Even easier:个

使用这组宏(但仅限于C++，因为它依赖于生成成员函数):

#define GETMASK(index, size) ((((size_t)1 << (size)) - 1) << (index))
#define READFROM(data, index, size) (((data) & GETMASK((index), (size))) >> (index))
#define WRITETO(data, index, size, value) ((data) = (((data) & (~GETMASK((index), (size)))) | (((value) << (index)) & (GETMASK((index), (size))))))
#define FIELD(data, name, index, size) \
  inline decltype(data) name() const { return READFROM(data, index, size); } \
  inline void set_##name(decltype(data) value) { WRITETO(data, index, size, value); }

你可以 Select 一些简单的东西，比如:

struct A {
  uint bitData;
  FIELD(bitData, one, 0, 1)
  FIELD(bitData, two, 1, 2)
};

并将位字段实现为您可以轻松访问的属性:

A a;
a.set_two(3);
cout << a.two();

用gcc的typeof pre-C++11替换decltype.