如何将位集转换为字节数组/uint8数组？

Question

我需要从位集中提取字节，其中可能（不）包含多个CHAR_BIT位。我知道需要将位集中多少位放入数组中。例如，

位设置为std :: bitset <40> id;

有一个单独的变量nBits，表示id中可用的位数。现在我想以CHAR_BIT的倍数提取这些位。我还需要注意nBits％CHAR_BIT！= 0 的情况。 我可以将其放入uint8数组中。

- dubnde

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如果你的位数小于sizeof(unsigned long)，那么使用bitset::to_ulong就很简单了。但现在看来，我认为没有简单的解决方案。std::bitset没有像std::vector那样的data()函数（尽管gcc版本有一个未经记录和试验的_M_getdata函数，就是它...）。由于没有其他东西，你只能单独访问每个位。或者序列化成字符串或通过流，但这些方法都不是特别有效率的。 - Damon

Answer 1

你可以使用boost::dynamic_bitset，它可以通过boost::to_block_range转换为一系列“块”。

#include <cstdlib>
#include <cstdint>
#include <iterator>
#include <vector>
#include <boost/dynamic_bitset.hpp>

int main()
{
    typedef uint8_t Block; // Make the block size one byte
    typedef boost::dynamic_bitset<Block> Bitset;

    Bitset bitset(40); // 40 bits

    // Assign random bits
    for (int i=0; i<40; ++i)
    {
        bitset[i] = std::rand() % 2;
    }

    // Copy bytes to buffer
    std::vector<Block> bytes;
    boost::to_block_range(bitset, std::back_inserter(bytes));
}

- Emile Cormier

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需要注意的一个问题是，向量的内部类型需要与用于构造位集的块类型匹配（在本例中为unsigned char）。如果位集具有4字节块但向量具有1字节块，则to_block将悄悄地截断每个块的后3个字节。因此，在Emile的答案中更改向量声明为std::vector<Bitset::Block> bytes会更加安全。 - prideout

更正我的评论：内部类型是 Bitset::block_type，而不是 Bitset::Block。 - prideout

@prideout：添加了“Block”typedef以避免您所描述的情况。 - Emile Cormier

Answer 2

很不幸，在语言内部没有好方法，假设你需要的比 unsigned long 中的位数更多（在这种情况下，可以使用 to_ulong）。您将不得不遍历所有位并自己生成字节数组。

- Mark B

Answer 3

使用标准C++11，您可以通过移位和掩码操作从40位的bitset中获取字节。我没有处理除8和40以外的不同值以及第二个数字不是第一个数字的倍数的情况。

#include <bitset>
#include <iostream>
#include <cstdint>

int main() {
    constexpr int numBits = 40;

    std::bitset<numBits> foo(0x1234567890);
    std::bitset<numBits> mask(0xff);

    for (int i = 0; i < numBits / 8; ++i) {
        auto byte =
            static_cast<uint8_t>(((foo >> (8 * i)) & mask).to_ulong());
        std::cout << std::hex << setfill('0') << setw(2) << static_cast<int>(byte) << std::endl;
    }
}

- Jim Hunziker