在C#中使用位掩码存储多个值

Question

我想通过位掩码将四个独立的5位值（0-31）存储在32位int中，但是我在设置和获取用于存储的掩码int的各个值时遇到了问题。

有人能帮我解决这个问题吗？

编辑：

抱歉提供了外部链接 - 这里有一些JavaScript演示我想要实现的内容（但使用位掩码而不是十进制代数）。

var s = 0;

var v = [31, 6, 23, 31];

//save values
s = v[0] + (v[1] * 32) + (v[2] * 1024) + (v[3] * 32768);

console.log(s);

//retrieve values
v[3] = parseInt(s / 32768);
v[2] = parseInt((s - (v[3] * 32768)) / 1024);
v[1] = parseInt((s - ((v[3] * 32768) + (v[2] * 1024))) / 32);
v[0] = parseInt(s - ((v[3] * 32768)+ (v[2] * 1024) + (v[1] * 32)));

console.log(v);

//modify values [1] and [2]
s = s - (v[1] * 32) + (9 * 32);
s = s - (v[2] * 1024) + (17 * 1024);

console.log(s);

//retrieve values
v[3] = parseInt(s / 32768);
v[2] = parseInt((s - (v[3] * 32768)) / 1024);
v[1] = parseInt((s - ((v[3] * 32768) + (v[2] * 1024))) / 32);
v[0] = parseInt(s - ((v[3] * 32768)+ (v[2] * 1024) + (v[1] * 32)));

console.log(v);

输出：

1039583
[31, 6, 23, 31]
1033535
[31, 9, 17, 31]

编辑：

感谢 Peter Duniho，我能够使用内置的掩码完成以下操作，以节省对于 32 位整数内的 6 个 5 位值的某些操作：

uint Get_5_In_32(uint storage, int index)
{
    switch (index)
    {
        case 0:
            return (storage & 0x0000001F);
        case 1:
            return (storage & 0x000003E0) >> 5;
        case 2:
            return (storage & 0x00007C00) >> 10;
        case 3:
            return (storage & 0x000F8000) >> 15;
        case 4:
            return (storage & 0x01F00000) >> 20;
        case 5:
            return (storage & 0x3E000000) >> 25;
        default:
            return (0);
    }
}
uint Set_5_In_32(uint storage, uint value, int index)
{
    if (value > 31) {  value = 31; }
    switch (index)
    {
        case 0:
            return (storage & 0xFFFFFFE0) | value;
        case 1:
            return (storage & 0xFFFFFC1F) | (value << 5);
        case 2:
            return (storage & 0xFFFF83FF) | (value << 10);
        case 3:
            return (storage & 0xFFF07FFF) | (value << 15);
        case 4:
            return (storage & 0xFE0FFFFF) | (value << 20);
        case 5:
            return (storage & 0xC1FFFFFF) | (value << 25);
        default:
            return (0);
    }
}

甚至可以通过引用传递的方式来使用Set函数，以减少内存分配：

void Set_5_In_32(ref uint storage, uint value, int index)
{
    if (value > 31) {  value = 31; }
    switch (index)
    {
        case 0:
            storage &= 0xFFFFFFE0;
            storage |= value;
            break;
        case 1:
            storage &= 0xFFFFFC1F;
            storage |= (value << 5);
            break;
        case 2:
            storage &= 0xFFFF83FF;
            storage |= (value << 10);
            break;
        case 3:
            storage &= 0xFFF07FFF;
            storage |= (value << 15);
            break;
        case 4:
            storage &= 0xFE0FFFFF;
            storage |= (value << 20);
            break;
        case 5:
            storage &= 0xC1FFFFFF;
            storage |= (value << 25);
            break;
    }
}

- CoryG

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可能是Java中BitSet的C#等效物是什么？的重复问题。 - Gábor Bakos

不，基本上我想要实现的是一个C#版本的https://jsfiddle.net/mj28pk8f/1/，但是没有算术开销（这需要非常快速地运行，因为位掩码是最快的，所以我需要使用它）。外部BitArray类的开销太大了。 - CoryG

我不太了解JavaScript，无法确定你所拥有的代码是否是使用该语言的最佳方式。但是，我在我的答案中发布的代码将以一种更简单、易读、通用的方式完成相同的任务，在我看来这样做更好。 - Peter Duniho

如果你交换移位和掩码的顺序，那么你的代码会更易读，因为在那种情况下，掩码始终为0x1F。 - CodesInChaos

谢谢 - 这在 Get 函数上有效，但是在 Set 函数上需要特定的掩码吗？ - CoryG

Answer 1

如果没有更具体的问题，特别是您展示了目前已有的代码并解释了在使其正常工作方面遇到的具体困难，很难确定最佳答案。

话虽如此，这里有一些示例方法可能会指导您走向正确的方向：

// Stores the given value in storage at the given index
int Set(int storage, int value, int index)
{
    int shiftCount = index * 5,
        mask = 0x1f << shiftCount;

    return (storage & ~mask) | (value << shiftCount);
}

// Retrieves the value stored in storage at the given index
int Get(int storage, int index)
{
    int shiftCount = index * 5,
        mask = 0x1f << shiftCount;

    return (storage & mask) >> shiftCount;
}

上述的Set()方法获取storage中的当前值，清除您要存储五位值的位范围内的所有位，然后使用|运算符存储该五位值，首先将该值的位移动到正确的位置。

Get()方法执行相反的操作。它屏蔽（清除）未存储值的位范围之外的所有位，然后将存储的位向下移动到int的最低有效五位，然后返回该结果。

注意：

• 上述内容针对您所述的问题。它可以通过封装在类中来轻松地进行概括，在初始化时可以配置位数，并且掩码是基于该位数生成的，而不是硬编码。
• 上述代码中没有错误检查。在生产代码版本中，最好验证传递给Set()方法的value确实适合于五位（即小于0x20）。

编辑：

以下是一个简单的控制台程序，演示了如何使用上述内容，以及您的示例数据：

static void Main(string[] args)
{
    int[] array = { 31, 6, 23, 31 };
    int storage = 0;

    storage = ArrayToStorage(array, storage);

    Console.WriteLine(storage);
    LogArray(array);

    storage = Set(storage, 9, 1);
    storage = Set(storage, 17, 2);

    StorageToArray(array, storage);

    Console.WriteLine(storage);
    LogArray(array);
}

static int ArrayToStorage(int[] array, int storage)
{
    for (int i = 0; i < array.Length; i++)
    {
        storage = Set(storage, array[i], i);
    }

    return storage;
}

static void StorageToArray(int[] array, int storage)
{
    for (int i = 0; i < array.Length; i++)
    {
        array[i] = Get(storage, i);
    }
}

static void LogArray(int[] array)
{
    Console.WriteLine("[" + string.Join(", ", array) + "]");
}

// Stores the given value in storage at the given index
static int Set(int storage, int value, int index)
{
    int shiftCount = index * 5,
        mask = 0x1f << shiftCount;

    return (storage & ~mask) | (value << shiftCount);
}

// Retrieves the value stored in storage at the given index
static int Get(int storage, int index)
{
    int shiftCount = index * 5,
        mask = 0x1f << shiftCount;

    return (storage & mask) >> shiftCount;
}

- Peter Duniho

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谢谢，这正是我在寻找的。 - CoryG