如何将位序列转换为字节（C/C++）

Question

我有几个整数，例如（二进制表示）：

00001000、01111111、10000000、00000001

我需要将它们按顺序放入字节数组中，不包括前导零，如下所示：

10001111 11110000 0001000

我知道这必须通过位移和使用二进制或运算符 | 完成。但我找不到正确的算法，请问您能否建议最佳方法？

我需要放置在其中的整数是无符号长整型，因此其长度可以从1位到8字节（64位）。

- Smaug

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请明确说明您的输入内容、外观、类型以及输出内容、外观和类型。目前描述还不够清晰。 - orlp

输入是任意值的无符号长长整数，输出是一个char *数组（字节数组）。我需要将输出写入文件，因此需要将其转换为字节。 - Smaug

由于字节序的原因，您现在必须指定如何存储数据，并且必须按字节级别进行存储，而不能混合使用字节和长整型。 - Joachim Isaksson

输入和输出都是大端字节序。 - Smaug

Answer 1

你可以使用 std::bitset 来实现：

#include <bitset>
#include <iostream>

int main() {
    unsigned i = 242122534;
    std::bitset<sizeof(i) * 8> bits;
    bits = i;
    std::cout << bits.to_string() << "\n";
}

- strcat

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这很不错，结合下面我的答案中的trim_right()函数示例，可能是最简单的解决方案。 - Chad

Answer 2

当然还有其他的方法，但我可能会选择最简单的方法：

std::vector<unsigned char> integers; // Has your list of bytes
integers.push_back(0x02);
integers.push_back(0xFF);
integers.push_back(0x00);
integers.push_back(0x10);
integers.push_back(0x01);
std::string str;                     // Will have your resulting string
for(unsigned int i=0; i < integers.size(); i++)
    for(int j=0; j<8; j++)
        str += ((integers[i]<<j) & 0x80 ? "1" : "0");
std::cout << str << "\n";
size_t begin = str.find("1");
if(begin > 0) str.erase(0,begin);
std::cout << str << "\n";

在你提到使用长整型或其他类型之前，我已经写好了这个，但实际上这并没有改变很多。掩码需要更改，j循环变量也需要更改，但除此之外，以上代码应该可以工作。

- jkerian

Answer 3

将它们转换为字符串，然后删除所有前导零：

#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>
#include <cstdint>

std::string to_bin(uint64_t v)
{
   std::stringstream ss;

   for(size_t x = 0; x < 64; ++x)
   {
       if(v & 0x8000000000000000)
          ss << "1";
       else
          ss << "0";

        v <<= 1;
   }

   return ss.str();
}

void trim_right(std::string& in)
{
   size_t non_zero = in.find_first_not_of("0");

   if(std::string::npos != non_zero)
      in.erase(in.begin(), in.begin() + non_zero);
   else
   {
       // no 1 in data set, what to do?
       in = "<no data>";
   }
}

int main()
{
  uint64_t v1 = 437148234;
  uint64_t v2 = 1;
  uint64_t v3 = 0;

  std::string v1s = to_bin(v1);
  std::string v2s = to_bin(v2);
  std::string v3s = to_bin(v3);

  trim_right(v1s);
  trim_right(v2s);
  trim_right(v3s);

  std::cout << v1s << "\n"
            << v2s << "\n"
            << v3s << "\n";

  return 0;
}

- Chad

Answer 4

一个简单的方法是使用“当前字节”（以下为acc），其中包含已使用位数的相关数字（bitcount）和完全处理过的字节向量（output）：

int acc = 0;
int bitcount = 0;
std::vector<unsigned char> output;

void writeBits(int size, unsigned long long x)
{
    while (size > 0)
    {
        // sz = How many bit we're about to copy
        int sz = size;

        // max avail space in acc
        if (sz > 8 - bitcount) sz = 8 - bitcount;

        // get the bits
        acc |= ((x >> (size - sz)) << (8 - bitcount - sz));

        // zero them off in x
        x &= (1 << (size - sz)) - 1;

        // acc got bigger and x got smaller
        bitcount += sz;
        size -= sz;

        if (bitcount == 8)
        {
            // got a full byte!
            output.push_back(acc);
            acc = bitcount = 0;
        }
    }
}

void writeNumber(unsigned long long x)
{
    // How big is it?
    int size = 0;
    while (size < 64 && x >= (1ULL << size))
        size++;
    writeBits(size, x);
}

请注意，在处理结束时，您应该检查累加器中是否仍有任何位（bitcount > 0），如果是，则通过执行output.push_back(acc);来刷新它们。

另请注意，如果速度是一个问题，那么使用更大的累加器可能是一个好主意（但输出将取决于机器的字节序），并且发现一个数字中使用了多少位可以比在C++中进行线性搜索快得多（例如x86有一个专门用于此目的的机器语言指令BSR）。

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