在C语言中进行位运算：掩码和提取位

Question

我一直在看有关掩码的帖子，但我仍然无法理解如何从C中提取某些位。

比如说我们有一个整数，0001 1010 0100 1011，它的十六进制表示是0x1A4B，对吧？如果我想知道第5到第7个数字，也就是这种情况下的101，我应该使用int mask = 0x0000 1110 0000 0000, int extract = mask&number吗？

另外，我如何检查它是否为101？我猜==在这里行不通...

- stillAFanOfTheSimpsons

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如果你想要检查第5和第7个数字是否为101，则将掩码保留为int mask= 0x0000 1010 0000 0000，然后执行ExNOR操作。如果提取第5和第7位是111，那么它就是101。 - Haris

这个 0x0000 1110 0000 是什么意思？如果你想展示一个位序列，这是错误的，因为 0x 表示一个十六进制字面量。 - alk

一些经典的问题包括 什么是位掩码？ 和 *如何设置、清除和切换单个位？*。 - Peter Mortensen

关于设置位的问题：*如何在C语言中仅设置字节的特定位而不影响其他位？* 和 *如何使用C语言替换位字段中的位而不影响其他位*。 - Peter Mortensen

Answer 1

掩码是通过将除了你想要的一位数之外的所有位都设置为0来完成的。所以，假设您有一个8位变量，并且您想要检查从中第5个位是否为1。假设您的变量是00101100。为了屏蔽所有其他位，我们使用&运算符将除第5位之外的所有位都设置为0：

00101100 & 00010000

现在这个操作是针对除了第5位之外的每一个比特，将右边的字节的比特设置为0，所以&运算的结果将会是0。然而，对于第5位比特，它来自右边的比特是1，因此结果将会是从左边的字节中第5位的值 - 在这个例子中为0。

现在要检查这个值，您需要将其与某些东西进行比较。要做到这一点，只需将结果与右侧的字节进行比较。

result = (00101100 & 00010000) == 00000000

为了概括这个过程，您可以通过左移00000001直到获得所需位来从左侧字节检索任何位。以下函数实现了此功能：

int getBit(char byte, int bitNum)
{
    return (byte & (0x1 << (bitNum - 1)))
}

这适用于任何大小的变量，无论是8、16、32还是64（或其他任何大小）。

- PandaConda

Answer 2

假设使用GCC扩展0b来定义二进制文字：

int number = 0b0001101001001011; /* 0x1A4B */
int mask =   0b0000111000000000; /* 0x0E00 */
/* &'ed:     0b0000101000000000;    0x0A00 */
int extract = mask & number;     /* 0x0A00 */

if (extract == 0b0000101000000000)
/* Or if 0b is not available:
if (extract == 0x0a00 ) */
{
  /* Success */
}
else
{
  /* Failure */
}

- alk

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略微相关：*有没有办法在GCC二进制文字中进行分组？* - Peter Mortensen

Answer 3

首先，二进制中的数字（通常）从右边开始计数（第10和12位），或者你可以说是第5和第7个最重要的数字。

int mask =  0x0E00;  // 0000 1110 0000 0000;
int extract = mask & number;

结果为：

extract = 0000 1010 0000 0000

你可以做到。

if (extract == 0x0A00 /*0000 1010 0000 0000*/){}

测试一下，或者：

if (( extract >> 9 ) == 0x05){}

对于你提供的示例数字，if语句中的两个语句都将返回true。

通常情况下，使用掩码测试单个数字。您可以使用以下函数进行测试：

bool digit_value( unsigned int number, unsigned int digit)
{
    return (1 << digit) & number;
}

int main()
{
    unsigned int number = 0x1A4B;
    int should_be_three = 0;
    should_be_three +=  digit_value(number, 10);
    should_be_three += !digit_value(number, 11);
    should_be_three +=  digit_value(number, 12);
    printf("%s", (should_be_three == 3?"it worked":"it didn't work"));
    return 0;
}

- Baldrickk

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你的比较是错误的；不是在与十六进制0x101进行比较，而是与二进制101进行比较，它等于0x05。 - sirlark

谢谢！但是用 if (( extract >> 9 ) == 0x101)，x101 实际上是 0001 0000 0001 吗？它应该是 if (( extract >> 9 ) == 0b101) 吗？ - stillAFanOfTheSimpsons

是的，我做错了一点。现在已经修复了。（使用纯十六进制） - Baldrickk

Answer 4

你需要进行掩码和移位操作。要么将你要比较的值进行移位，要么将你要比较的值进行移位。我发现将你要比较的值进行移位更容易理解。所以，如果你想提取从左边数第5到第7个数字，你需要向右移动9个位置（16-7），这样第7个数字就成了最右边的数字，然后应用0x7（二进制中的111）作为掩码，只获取最右边的三个二进制数字。

int i = 0x1A4B;
if (((i >> 9) & 0x07) == 0x05) { // 0x05 = 101 in binary
    //do what you need to
}

- sirlark

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你移出了相关的位。 - vlad_tepesch

没有，他是从左边开始数的，不是右边！ - sirlark

@vlad_tepesch：这不是回答了问题吗？ - sirlark

Answer 5

我可以使用int mask= 0x0000 1110 0000 0000和int extract = mask&number吗？

是的，你可以这样做。

另外，如何检查它是否为101？

你可以检查这个- 0000 1010 0000 0000，在int中是1280。

extract== 1280

- hitesh

Answer 6

逐位检查比一次性检查所有位更简单。 首先，您需要为感兴趣的位创建掩码：

int fifthBitMask = 1 << 4;
int fifthBitResult = number & fifthBitMask;

int seventhBitMask = 1 << 6;
int seventhBitResult = number & seventhBitMask;

现在，您可以将结果与零或掩码进行比较。 与零比较可以省略，因此您只需使用简单的if语句：

if (fifthBitResult && seventhBitResult)
{
    //your code here
}

此外，您还可以与掩码进行比较。在操作&之后，结果将仅设置在掩码中已设置的位。 因此，它可能像这样： if (fifthBitResult == fifthBitMask && seventhBitResult == seventhBitMask) { // 在此处编写您的代码 }

因此，如果操作的结果等于掩码，则可以使用一次操作执行此操作：

int mask = 0x5 << 4; // 0x5 is hex representation of 101b
int result = number & mask;
if (result == mask)
{
    // your code here
}

- noktigula

Answer 7

首先，你对7-6-5位的计算是错误的。你说它是101，但实际上应该是010（对于x1a43）。

其次，要获取这些位（这些位所表示的值），你应该执行&0xE0。

int my_bits_from_5to7 = number & 0xE0;

- Ruslan Gerasimov

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取决于你从哪一端开始计数，也取决于你是从0还是1开始计数。 - ilent2

@ilent2 不对，在大多数体系结构上，位顺序始终相同：从右到左，第一个最低位始终为0号。 - Ruslan Gerasimov

如果提问者不熟悉位运算，那么他们很可能也不了解惯例，例如从零开始计数和从右到左（而英语是从左到右阅读的）。因此，这个说法是正确的。 - ilent2