从一个字节中获取 n 位

Posted 2023-02-23

【中文标题】从一个字节中获取 n 位

【英文标题】：Grabbing n bits from a byte

【发布时间】：2013-02-21 17:40:37

【问题描述】：

我在时遇到了一点麻烦。

我有一个无符号整数。假设我们的十六进制数是 0x2A，十进制是 42。在二进制中它看起来像这样：0010 1010。我如何获取前 5 位 00101 和接下来的 3 位 010，并将它们放入单独的整数中？

如果有人可以帮助我，那就太好了！我知道如何从一个简单的字节中提取

int x = (number >> (8*n)) & 0xff // n being the # byte

我在另一篇关于堆栈溢出的帖子中看到，但我不确定如何从字节中获取单独的位。如果有人可以帮助我，那就太好了！谢谢！

【问题讨论】：

42 的前 5 (MSB) 位为 00000，因为 int 始终大于 1 个字节。此外，不存在具有十六进制十进制形式的无符号整数。 int a = 0x2A; 等同于写int a = 42;

【参考方案1】：

在 C 中“抓取”整数类型的部分是这样的：

您将需要的位移到最低位置。 您使用& 来屏蔽您想要的位 - 1 表示“复制此位”，0 表示“忽略”

所以，在你的例子中。假设我们有一个号码int x = 42;

前 5 位：

(x >> 3) & ((1 << 5)-1);

或

(x >> 3) & 31;

获取低三位：

(x >> 0) & ((1 << 3)-1)

或：

x & 7;

【参考方案2】：

整数在机器内部表示为位序列；对我们人类来说幸运的是，编程语言提供了一种以十进制（或十六进制）显示这些数字的机制，但这不会改变它们的内部表示。

您应该修改按位运算符&、|、^ 和~ 以及移位运算符<< 和>>，这将帮助您了解如何解决此类问题。

整数的最后3位是：

x & 0x7

从倒数八位开始的五位是：

x >> 3    // all but the last three bits
  &  0x1F // the last five bits.

【讨论】：

这与仅将两个子整数存储为两个 32 位整数相比在性能方面如何？提取需要一些时间，但它会慢 32 次操作吗？

@InspiredOne：这样的问题不可能在摘要中准确回答，但很明显它提高了内存使用率（相对于两个 32 位整数提高了 8 倍，或者提高了 1 倍）两个相对于两个字节），这提高了缓存性能、内存吞吐量和带宽（如果相关）（传输时间或辅助存储）。由于与这些因素相比，CPU 成本微不足道，因此如果您需要许多实例，压缩数据通常会更快；一对变量不值得这样做（但也没有太大的伤害）。

【参考方案3】：

您可以为此使用位域。位域是特殊的结构，您可以在其中以位指定变量。

typedef struct 
  unsigned char a:5;
  unsigned char b:3;
 my_bit_t;

unsigned char c = 0x42;
my_bit_t * n = &c;
int first = n->a;
int sec = n->b;

位字段在http://www.cs.cf.ac.uk/Dave/C/node13.html#SECTION001320000000000000000有更详细的描述

位域的魅力在于，您不必处理移位运算符等。符号很简单。与操作位一样，存在可移植性问题。

【参考方案4】：

假设您想要顶部的 hi 位和底部的 lo 位。 （在您的示例中为 5 和 3）

top = (n >> lo) & ((1 << hi) - 1)
bottom = n & ((1 << lo) - 1)

解释：

对于 top，首先去掉低位（右移），然后用“全一”掩码屏蔽剩余的位（如果您有像 0010000 这样的二进制数，则减去一个结果 0001111 - 1s 的数量与原始数量中的 0-s 数量相同。

底部是一样的，只是不必关心初始移位。

top = (42 >> 3) & ((1 << 5) - 1) = 5 & (32 - 1) = 5 = 00101b
bottom = 42 & ((1 << 3) - 1) = 42 & (8 - 1) = 2 = 010b

【参考方案5】：

int x = (number >> 3) & 0x1f;

会给你一个整数，其中最后 5 位是 number 的 8-4 位，其他位为零。

同样，

int y = number & 0x7;

会给你一个整数，最后 3 位设置 number 的最后 3 位，其余部分为零。

【参考方案6】：

只需去掉代码中的 8*。

int input = 42;
int high3 = input >> 5;
int low5 = input & (32 - 1); // 32 = 2^5
bool isBit3On = input & 4; // 4 = 2^(3-1)