C语言中的位运算

Question

如果我有一个32位的整数。前28位（从左边开始）用于存储内存块的大小，接下来的两位是0，最后两位分别是：

- 用于存储是否为最后一个节点 - 用于存储是否被使用（分别）

我想知道如何在isLast操作和isUsed操作中打开和关闭标志。

（如果我们只考虑最后两个整数（再次从左边开始），那么01将不是最后一个并且被使用，另一个例子是11是最后一个并且被使用，00既不是最后一个也没有被使用。）

我希望能够以简单的方式打开和关闭标志。我知道我需要使用位运算符，包括&和|，但我不确定如何操作。

如果需要更多问题描述，请随时向我提问。

- user220755

Answer 1

//turn on isUsed
data |= 1;
//turn off isUsed
data &= ~1;
//turn on notLast
data &= ~2;
//turn off notLast
data |= 2;

- Andreas Brinck

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也许可以加入一个"int const USED_FLAG 1" / "int const LAST_FLAG 2"吗？ - Sebastian

我认为 "data |= 2" 的意思是它是最后一个节点，而不是相反的。 - Sebastian

你的最后一个标志似乎与原始问题相反。换句话说，data |= 2 打开了最后一个标志，而 data &= ~2 关闭了它。 - Left For Archive

XOR将切换位，而不是关闭它。使用OR进行设置，使用NOT AND取消设置，使用XOR进行切换。 - David Rodríguez - dribeas

@pmg 嗯，我几分钟前将它从&= ~改为了^=。我需要进行调查（还发现回滚似乎会清除历史记录，我希望能返回到以前的版本，哎！） - Andreas Brinck

Answer 2

这很简单:

/* Turn on bit 0 */
code = code | 1;

/* Turn off bit 0 */
code = code & ~1;

/* Turn on bit 1 */
code = code | 2;

/* Turn off bit 1 */
code = code & ~2;

请查看C语言位运算符，或者在Google搜索相关术语。任何有关C语言的书籍或教程中都可以找到此内容。

- Jesper

Answer 3

一般来说，从最不重要的位开始计数，要设置第N位，需要将原始值与1 << N进行按位或运算。

例如，要设置第1位：

val |= (1 << 1);

要清除第N位，需要将原始值与 1 << N 的按位取反进行 AND 运算。

例如，清除第1位：

val &= ~(1 << 1);

- Vicky

Answer 4

这需要一个接口，可以是函数或宏，类似于：

``` 这里放置代码 ```

// Use unsigned ints (assuming that's your 32-bit type).

#define setLast(x)   (x) |=  2
#define clrLast(x)   (x) &= ~2
#define isLast(x)    ((x) &  2)

#define setUsed(x)   (x) |=  1
#define clrused(x)   (x) &= ~1
#define isUsed(x)    ((x) &  1)

您也可以提供宏来提取大小部分并创建整数：

#define getSize(x) ((x) >> 4)
#define create (sz,last,used) \
    (((sz) & 0x0fffffff) << 4) | \
    (((last) & 1) << 1) | \
    (((used) & 1))

如果您提供“函数”并为它们起一个合理的名称，那么您的代码将变得更易读，就像上述内容一样。否则，您的代码将充斥着难以理解的位操作指令。

请记住宏的常规规则，例如如果您的宏使用多次，则不要传入像 x++ 这样的东西（实际上在这里并非如此）。如果您想要更加安全，可以将它们编写成函数。

等效的函数应该是：

unsigned int setLast (unsigned int *x) { *x |=  2; return *x; }
unsigned int clrLast (unsigned int *x) { *x &= ~2; return *x; }
unsigned int isLast  (unsigned int  x) { return x & 2; }

unsigned int setUsed (unsigned int *x) { *x |=  1; return *x; }
unsigned int clrUsed (unsigned int *x) { *x &= ~1; return *x; }
unsigned int isUsed  (unsigned int  x) { return x & 1; }

unsigned int getSize (insigned int  x) { return x >> 4; }
unsigned int create  (unsigned int sz, unsigned int last, unsigned int used) {
    unsigned int ret =
        ((sz & 0x0fffffff) << 4) |
        ((last & 1) << 1) |
        ((used & 1));
    return ret;
}

- paxdiablo

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如果你将它们实际上变成函数，那么代码会更易读。此外，在每个宏中，x 应该是 (x)，以避免意外的优先级问题。 - anon

Answer 5

打开标志：

register |= (1<<LAST_BIT);

关闭标志：

register &= ~(1<<LAST_BIT);

另一种方法是使用联合位域：

union
{
  uint32_t value;
  struct
  {
    unit32_t body:28;
    unit32_t reserved:2;
    unit32_t last_bit:1;
    unit32_t used_bit:1;
  } fields;
} MyResister;

MyResister.fields.last_bit = 1;
MyResister.fields.used_bit = 0;

- kgiannakakis

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我不建议这样做，因为无法保证body、reserved等变量在内存中的紧密排列，也就是说：sizeof(MyRegister)可能等于sizeof(uint32_t)，也可能不等。请参考标准9.6.1。 - Andreas Brinck

位域在不同编译器之间是非常不可移植的，且与编译器有关。然而，许多编译器（尤其是针对嵌入式处理器的编译器）表现得符合预期。在这种情况下，它们非常方便。 - kgiannakakis

Answer 6

我会加入一个BIT（x）宏，以使源代码更清晰：

#define BIT(n) (0x1U << (n))

这将导致：

#define LAST_SET(x) ((x) |= BIT(1))
#define LAST_CLR(x)  ((x) &= ~BIT(1))

另外，正如先前所述，始终将参数放在括号中。

(OT) 编辑：更改宏的名称，因为我不喜欢动词在前。首先，像 getWhatever 这样的函数适用于可以将函数分组到类中的代码。在 C 中，我认为应该先放置“组件”名称，例如 timeGet() 等

(OT2) 如果是这样的寄存器宏，则会产生更好的可移植性：

#define MY_REG_RD() (MY_REG)
#define MY_REG_WR(x) (MY_REG = (x))
#define MY_REG_SET(x) (MY_REG |= (x))
#define MY_REG_CLR(x) (MY_REG &= ~(x))
#define MY_REG_DIS BIT(10)
#define MY_REG_EN BIT(4)

然后你可以这样做：

MY_REG_SET(MY_REG_EN);

- Henrik

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(OT) 我大部分同意你的观点。我的意思是以大端格式命名变量：最重要的单词先写。比较一下 timeGet()、timeSet()、timeAdvance() ... 其中 time 是最重要的单词 ... 与 fixTime()、fixLength()、fixWeight() ... 其中 "修复" 更为重要 :) - pmg

@Henrik，我认为你的LAST_CLR应该使用~BIT（1），是吗？ - paxdiablo

大部分都很好，除了int变量现在硬编码为MY_REG，你希望每次都进行def/undef吗？现在这些宏影响的内存更加难以理解。 - catchmeifyoutry

抓住我如果你能，我并不是指这应该用于常规的内存变量。这是针对ASIC中的寄存器。我应该更清楚地表达，抱歉。 - Henrik

Answer 7

bool isBitOn( int mask , int i ){ // returns True if i-Th bit is On
    return mask & ( 1 << i ) ;
}

int BitOn( int mask , int i ){ // Turn On the i-Th bit of the value and then returns it
    return mask | ( 1 << i ) ;
}

int BitOff( int mask , int i ){ // Turn Off the i-Th bit of the value and then returns it
    return mask - ( 1 << i ) ;
}

int BitToggle( int mask , int i ){ // Toggle the i-Th bit of the value and then returns it
    return mask ^ ( 1 << i ) ;
}

void printbit(int n) { // print the Binary representation of a Integer Number
    for(int i = 31 ; i >=0 ; i-- )
        printf("%d", isBitOn(n,i) );
    printf("\n");
}

- Rezwan4029