如何读取和写入位到字节数组

Posted 2023-02-22

【中文标题】如何读取和写入位到字节数组

【英文标题】：How to read and write bits to a byte array

【发布时间】：2009-09-12 18:06:19

【问题描述】：

我有一个 unsigned char 缓冲区，我想知道如何将有符号和无符号位写入和读取到这个字节缓冲区。

在Source Engine中有一个名为bf_write的类，其中两个主要方法（WriteString、WriteChar、WriteLong等使用）使用了两个名为的函数>WriteUBitLong 和 WriteSBitLong。

提前致谢

【问题讨论】：

“有符号位和无符号位”是什么意思。没有符号位或无符号位之类的东西。它是 0 或 1。

你能提供一些你想做的代码示例吗？

位如何有符号或无符号？它可以是 0 或 1。

你的意思是写一个 N 位的有符号/无符号变量吗？

符号+幅度，+0 或 -0

【参考方案1】：

如果位数是编译时常数：

#include <bitset>
...
std::bitset<100> b;
b[2]=true;

如果不是，请使用Boost.dynamic_bitset

或者，如果你很绝望，std::vector，它确实是一个压缩位向量：

#include <vector>
...
std::vector<bool> b(100);
b[2]=true;

您似乎想使用一个需要将位向量打包在字节数组中的库。在不知道它放置位的确切顺序的情况下，我只能注意到：

1) 以上所有内容可能会使用至少 32 位整数，位排序为最低->最高或最高->最低有效

2) 在 little endian (Intel/AMD) CPU 上，这意味着 int 数组的字节占用的内存可能与 int 中的位顺序不一致。如果它是“位 0 是 int 0 的 lsb，... 位 32 是 int 1 的 lsb，...”那么在小端序中这与“位 0 是 char 0 的 lsb，...位32 是 char 4 ..." 的 lsb，在这种情况下，您可以将指向 int 数组的指针转换为指向 char 数组的指针

3) 假设您的位集/向量中的本机字节顺序不是库所需要的，那么您必须要么必须创建自己的具有所需布局的布局，要么将副本转录到他们的布局中.

a) 如果一个字节内的位顺序不同，则一个 256 条目查找表给出位反转的字节将是有效的。你可以用一个小程序生成表格。

b) 从 littlebig endian 反转字节：

inline void endian_swap(unsigned short& x)

    x = (x>>8) | 
        (x<<8);


inline void endian_swap(unsigned int& x)

    x = (x>>24) | 
        ((x<<8) & 0x00FF0000) |
        ((x>>8) & 0x0000FF00) |
        (x<<24);
    

inline void endian_swap(unsigned long long& x)

    x = (x>>56) | 
        ((x<<40) & 0x00FF000000000000) |
        ((x<<24) & 0x0000FF0000000000) |
        ((x<<8)  & 0x000000FF00000000) |
        ((x>>8)  & 0x00000000FF000000) |
        ((x>>24) & 0x0000000000FF0000) |
        ((x>>40) & 0x000000000000FF00) |
        (x<<56);

要获取/设置一个字中的特定位，位 #0 在字 0 的最低有效位中：

typedef unsigned char block_t;
const unsigned block_bits=8;

inline void set_bit(block_t *d,unsigned i) 
  unsigned b=i/block_bits;
  unsigned bit=i-(block_bits*b); // same as i%b
  block_t &bl=d[b];
  bl|=(1<<bit); // or bit with 1 (others anded w/ 0)


inline void clear_bit(block_t *d,unsigned i) 
  unsigned b=i/block_bits;
  unsigned bit=i-(block_bits*b); // same as i%b
  block_t &bl=d[b];
  bl&=(~(1<<bit)); // and bit with 0 (other bits anded w/ 1)


inline void modify_bit(block_t *d,unsigned i,bool val) 
  if (val) set_bit(d,i) else clear_bit(d,i);


inline bool get_bit(block_t const* d,unsigned i) 
  unsigned b=i/block_bits;
  unsigned bit=i-(block_bits*b); // same as i%b
  return d[b]&(1<<bit);

显然，如果位组织规则不同，则必须更改上述内容。

最好使用最广泛的 int CPU 进程，因为 block_t 是最好的（不要忘记更改 block_bits），除非您使用的库无法解决字节序问题。

【讨论】：

非常感谢！太棒了（+1，但需要 15 个代表）。如果您不介意，请告诉我如何使用您的 set_bit 函数编写一个短的 and or 字符（不要浪费时间填充，我知道该怎么做:)）

【参考方案2】：

我觉得几个宏就够了：

#define set_bit0(buf, i) ((buf)[(i)/8]&=~(1u<<(i)%8))
#define set_bit1(buf, i) ((buf)[(i)/8]|=1<<(i)%8)
#define get_bit(buf, i) ((buf)[(i)/8]>>(i)%8&1)

此外，交换字节顺序可以更快地完成。例如，对于 64 位整数 v，以下操作会交换其字节顺序：

v = ((v & 0x00000000FFFFFFFFLLU) << 32) | (v >> 32);
v = ((v & 0x0000FFFF0000FFFFLLU) << 16) | ((v & 0xFFFF0000FFFF0000LLU) >> 16);
v = ((v & 0x00FF00FF00FF00FFLLU) << 8) | ((v & 0xFF00FF00FF00FF00LLU) >> 8);