Как вы устанавливаете, очищаете и переключаете один бит?

Как вы устанавливаете, очищаете и переключаете бит в C / C++?

26 ответов


настройки немного

используйте побитовый оператор OR (|), чтобы настроить немного.

number |= 1UL << n;

это установит nый бит number.

использовать 1ULL если number шире, чем unsigned long; продвижение 1UL << n не происходит до тех пор, пока после оценки 1UL << n где неопределенное поведение для сдвига больше, чем ширина long. То же самое относится ко всем остальным примерам.

очистка a бит

используйте побитовый оператор AND (&), чтобы очистить немного.

number &= ~(1UL << n);

это понятно nый бит number. Вы должны инвертировать битовую строку с помощью побитового оператора NOT (~), то и его.

переключение немного

оператор XOR (^) можно использовать для переключения немного.

number ^= 1UL << n;

это переключит nый бит number.

проверка немного

вы не попроси об этом, но я могу добавить.

чтобы проверить бит, сдвиньте число n вправо, затем побитовое и оно:

bit = (number >> n) & 1U;

это поставит значение nый бит number в переменную bit.

изменение nго разряда в x

задание nбиты, либо 1 или 0 может быть достигнуто со следующим на дополнении 2-х c++ реализация:

number ^= (-x ^ number) & (1UL << n);

немного n будет установлен, если x и 1, и снят, если x и 0. Если x имеет другое значение, вы получите мусор. x = !!x будет booleanize его до 0 или 1.

чтобы сделать это независимым от поведения отрицания дополнения 2 (где -1 имеет все биты, в отличие от дополнения 1 или реализации знака/величины c++), используйте unsigned отрицание.

number ^= (-(unsigned long)x ^ number) & (1UL << n);

или

unsigned long newbit = !!x;    // Also booleanize to force 0 or 1
number ^= (-newbit ^ number) & (1UL << n);

обычно рекомендуется использовать неподписанные типы для портативных битных манипуляций.

это также вообще хорошая идея, чтобы не копировать/вставлять код в целом, и так много людей используют макросы препроцессора (например,сообщество wiki ответ дальше вниз) или какая-то инкапсуляция.


использование стандартной библиотеки C++: std::bitset<N>.

или Boost версия: boost::dynamic_bitset.

нет необходимости сворачивать свой собственный:

#include <bitset>
#include <iostream>

int main()
{
    std::bitset<5> x;

    x[1] = 1;
    x[2] = 0;
    // Note x[0-4]  valid

    std::cout << x << std::endl;
}

[Alpha:] > ./a.out
00010

версия Boost позволяет битовый набор размера среды выполнения по сравнению с стандартная библиотека времени компиляции размер bitset.


другой вариант-использовать битовые поля:

struct bits {
    unsigned int a:1;
    unsigned int b:1;
    unsigned int c:1;
};

struct bits mybits;

определяет 3-битное поле (на самом деле это три 1-битных поля). Битовые операции теперь становятся немного (ха-ха) проще:

чтобы установить или очистить немного:

mybits.b = 1;
mybits.c = 0;

для переключения немного:

mybits.a = !mybits.a;
mybits.b = ~mybits.b;
mybits.c ^= 1;  /* all work */

проверка немного:

if (mybits.c)  //if mybits.c is non zero the next line below will execute

это работает только с битовыми полями фиксированного размера. В противном случае вам придется прибегнуть к методам, описанным в предыдущих сообщениях.


Я использую макросы, определенные в файле заголовка, для обработки набора битов и очистки:

/* a=target variable, b=bit number to act upon 0-n */
#define BIT_SET(a,b) ((a) |= (1ULL<<(b)))
#define BIT_CLEAR(a,b) ((a) &= ~(1ULL<<(b)))
#define BIT_FLIP(a,b) ((a) ^= (1ULL<<(b)))
#define BIT_CHECK(a,b) ((a) & (1ULL<<(b)))

/* x=target variable, y=mask */
#define BITMASK_SET(x,y) ((x) |= (y))
#define BITMASK_CLEAR(x,y) ((x) &= (~(y)))
#define BITMASK_FLIP(x,y) ((x) ^= (y))
#define BITMASK_CHECK_ALL(x,y) (((x) & (y)) == (y))   // warning: evaluates y twice
#define BITMASK_CHECK_ANY(x,y) ((x) & (y))

иногда стоит использовать enum to имя биты:

enum ThingFlags = {
  ThingMask  = 0x0000,
  ThingFlag0 = 1 << 0,
  ThingFlag1 = 1 << 1,
  ThingError = 1 << 8,
}

затем использовать имена позже. Т. е. пиши

thingstate |= ThingFlag1;
thingstate &= ~ThingFlag0;
if (thing & ThingError) {...}

установить, очистить и проверить. Таким образом, вы скрываете магические числа от остальной части кода.

кроме этого, я поддерживаю решение Джереми.


С snip-c.zipС файлы.h:

/*
**  Bit set, clear, and test operations
**
**  public domain snippet by Bob Stout
*/

typedef enum {ERROR = -1, FALSE, TRUE} LOGICAL;

#define BOOL(x) (!(!(x)))

#define BitSet(arg,posn) ((arg) | (1L << (posn)))
#define BitClr(arg,posn) ((arg) & ~(1L << (posn)))
#define BitTst(arg,posn) BOOL((arg) & (1L << (posn)))
#define BitFlp(arg,posn) ((arg) ^ (1L << (posn)))

хорошо, давайте проанализируем ситуацию...

общим выражением, с которым у вас, похоже, возникают проблемы во всех из них, является "(1L

    0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 binary.

если posn==8, он будет оценивать к

    0000 0000 0000 0000 0000 0001 0000 0000 binary.

другими словами, он просто создает поле 0 с 1 в указанном позиция. Единственная сложная часть находится в макро BitClr (), где нам нужно установить один 0 бит в поле 1. Это достигается с помощью 1-х дополнение того же выражения, которое обозначается оператором Тильды ( ~ ).

как только маска создана, она применяется к аргументу так же, как вы предлагаете, с помощью побитовых операторов and (&), or ( | ) и xor ( ^ ). Поскольку маска имеет тип long, макросы будут работать так же хорошо на char, short, int, или долго.

суть в том, что это общее решение для целого класса проблемы. Конечно, можно и даже уместно переписать эквивалент любого из этих макросов с явными значениями маски каждый раз, когда вы нужен, Но зачем это делать? Помните, что замена макросов происходит в препроцессор и поэтому сгенерированный код будет отражать тот факт, что значения рассматриваются константа компилятором-т. е. она так же эффективна в использовании обобщенные макросы, чтобы "изобретать колесо" каждый раз, когда вам нужно сделать немного манипуляции.

при своем мнении? Вот тестовый код-я использовал Watcom C с полной оптимизацией и без использования _cdecl, поэтому результирующая разборка будет такой же чистой, как возможно:

----[ тест.C ]----------------------------------------------------------------

#define BOOL(x) (!(!(x)))

#define BitSet(arg,posn) ((arg) | (1L << (posn)))
#define BitClr(arg,posn) ((arg) & ~(1L << (posn)))
#define BitTst(arg,posn) BOOL((arg) & (1L << (posn)))
#define BitFlp(arg,posn) ((arg) ^ (1L << (posn)))

int bitmanip(int word)
{
      word = BitSet(word, 2);
      word = BitSet(word, 7);
      word = BitClr(word, 3);
      word = BitFlp(word, 9);
      return word;
}

----[ тест.Из (в разобранном виде) ]-----------------------------------------------

Module: C:\BINK\tst.c
Group: 'DGROUP' CONST,CONST2,_DATA,_BSS

Segment: _TEXT  BYTE   00000008 bytes  
 0000  0c 84             bitmanip_       or      al,84H    ; set bits 2 and 7
 0002  80 f4 02                          xor     ah,02H    ; flip bit 9 of EAX (bit 1 of AH)
 0005  24 f7                             and     al,0f7H
 0007  c3                                ret     

No disassembly errors

- - - - [ finis ]-----------------------------------------------------------------


для начинающих я хотел бы объяснить немного больше пример:

пример:

value is 0x55;
bitnum : 3rd.

на & используется оператор check the bit:

0101 0101
&
0000 1000
___________
0000 0000 (mean 0: False). It will work fine if the third bit is 1 (then the answer will be True)

переключение или флип:

0101 0101
^
0000 1000
___________
0101 1101 (Flip the third bit without affecting other bits)

| оператор: набор бит

0101 0101
|
0000 1000
___________
0101 1101 (set the third bit without affecting other bits)

используйте побитовые операторы:& |

установить последний бит в 000b:

foo = foo | 001b

чтобы проверить последний бит в foo:

if ( foo & 001b ) ....

чтобы очистить последний бит в foo:

foo = foo & 110b

Я XXXb для ясности. Вероятно, вы будете работать с шестнадцатеричным представлением, в зависимости от структуры данных, в которую вы упаковываете биты.


вот мой любимый битовый арифметический макрос, который работает для любого типа массива целых чисел без знака из unsigned char до size_t (который является самым большим типом, который должен быть эффективным для работы):

#define BITOP(a,b,op) \
 ((a)[(size_t)(b)/(8*sizeof *(a))] op ((size_t)1<<((size_t)(b)%(8*sizeof *(a)))))

установить немного:

BITOP(array, bit, |=);

чтобы очистить немного:

BITOP(array, bit, &=~);

для переключения немного:

BITOP(array, bit, ^=);

чтобы проверить немного:

if (BITOP(array, bit, &)) ...

etc.


поскольку это помечено как "встроенный", я предполагаю, что вы используете микроконтроллер. Все вышеперечисленные предложения действительны и работают (чтение-изменение-запись, союзы,структуры и т. д.).

однако во время отладки на основе осциллографа я был поражен, обнаружив, что эти методы имеют значительные накладные расходы в циклах процессора по сравнению с записью значения непосредственно в регистры PORTnSET / PORTnCLEAR микро, что делает реальную разницу там, где есть жесткие петли / высокочастотные ISR переключение контактов.

для тех, кто не знаком: в моем примере микро имеет общий порт регистра состояния pin, который отражает выходные контакты, поэтому выполнение PORTn / = BIT_TO_SET приводит к чтению-изменению-записи в этот регистр. Однако регистры PORTnSET / PORTnCLEAR принимают "1", чтобы означать "пожалуйста, сделайте этот бит 1" (SET) или "Пожалуйста, сделайте этот бит нулевым"(CLEAR) и "0", чтобы означать "оставьте pin-код в покое". таким образом, вы получаете два адреса портов в зависимости от того, устанавливаете ли вы или очищаете бит (не всегда удобно), но много более быстрая реакция и более малый собранный код.


подход bitfield имеет другие преимущества во встроенной арене. Вы можете определить структуру, которая сопоставляется непосредственно с битами в определенном аппаратном регистре.

struct HwRegister {
    unsigned int errorFlag:1;  // one-bit flag field
    unsigned int Mode:3;       // three-bit mode field
    unsigned int StatusCode:4;  // four-bit status code
};

struct HwRegister CR3342_AReg;

вам нужно знать порядок упаковки битов-я думаю, что сначала это MSB, но это может зависеть от реализации. Кроме того, проверьте, как поля обработчиков компилятора пересекают границы байтов.

затем вы можете читать, писать, тестировать отдельные значения, как и раньше.


более общий, для растровых изображений произвольного размера:

#define BITS 8
#define BIT_SET(  p, n) (p[(n)/BITS] |=  (0x80>>((n)%BITS)))
#define BIT_CLEAR(p, n) (p[(n)/BITS] &= ~(0x80>>((n)%BITS)))
#define BIT_ISSET(p, n) (p[(n)/BITS] &   (0x80>>((n)%BITS)))

Проверьте бит в произвольном месте в переменной произвольного типа:

#define bit_test(x, y)  ( ( ((const char*)&(x))[(y)>>3] & 0x80 >> ((y)&0x07)) >> (7-((y)&0x07) ) )

пример использования:

int main(void)
{
    unsigned char arr[8] = { 0x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x89, 0xAB, 0xCD, 0xEF };

    for (int ix = 0; ix < 64; ++ix)
        printf("bit %d is %d\n", ix, bit_test(arr, ix));

    return 0;
}

Примечания: Это конструировано для того чтобы быть быстро (учитывая свою гибкость) и non-branchy. Это приводит к эффективному машинному коду SPARC при компиляции Sun Studio 8; я также протестировал его с помощью MSVC++ 2008 на amd64. Можно сделать аналогичные макросы для установки и очистки битов. Ключевое отличие этого решения по сравнению с многие другие здесь заключается в том, что он работает для любого местоположения практически в любом типе переменной.


Если вы делаете много бит, вы можете использовать маски, которые сделают все это быстрее. Следующие функции очень быстры и по-прежнему гибки (они позволяют немного крутить в битовых картах любого размера).

const unsigned char TQuickByteMask[8] =
{
   0x01, 0x02, 0x04, 0x08,
   0x10, 0x20, 0x40, 0x80,
};


/** Set bit in any sized bit mask.
 *
 * @return    none
 *
 * @param     bit    - Bit number.
 * @param     bitmap - Pointer to bitmap.
 */
void TSetBit( short bit, unsigned char *bitmap)
{
    short n, x;

    x = bit / 8;        // Index to byte.
    n = bit % 8;        // Specific bit in byte.

    bitmap[x] |= TQuickByteMask[n];        // Set bit.
}


/** Reset bit in any sized mask.
 *
 * @return  None
 *
 * @param   bit    - Bit number.
 * @param   bitmap - Pointer to bitmap.
 */
void TResetBit( short bit, unsigned char *bitmap)
{
    short n, x;

    x = bit / 8;        // Index to byte.
    n = bit % 8;        // Specific bit in byte.

    bitmap[x] &= (~TQuickByteMask[n]);    // Reset bit.
}


/** Toggle bit in any sized bit mask.
 *
 * @return   none
 *
 * @param   bit    - Bit number.
 * @param   bitmap - Pointer to bitmap.
 */
void TToggleBit( short bit, unsigned char *bitmap)
{
    short n, x;

    x = bit / 8;        // Index to byte.
    n = bit % 8;        // Specific bit in byte.

    bitmap[x] ^= TQuickByteMask[n];        // Toggle bit.
}


/** Checks specified bit.
 *
 * @return  1 if bit set else 0.
 *
 * @param   bit    - Bit number.
 * @param   bitmap - Pointer to bitmap.
 */
short TIsBitSet( short bit, const unsigned char *bitmap)
{
    short n, x;

    x = bit / 8;    // Index to byte.
    n = bit % 8;    // Specific bit in byte.

    // Test bit (logigal AND).
    if (bitmap[x] & TQuickByteMask[n])
        return 1;

    return 0;
}


/** Checks specified bit.
 *
 * @return  1 if bit reset else 0.
 *
 * @param   bit    - Bit number.
 * @param   bitmap - Pointer to bitmap.
 */
short TIsBitReset( short bit, const unsigned char *bitmap)
{
    return TIsBitSet(bit, bitmap) ^ 1;
}


/** Count number of bits set in a bitmap.
 *
 * @return   Number of bits set.
 *
 * @param    bitmap - Pointer to bitmap.
 * @param    size   - Bitmap size (in bits).
 *
 * @note    Not very efficient in terms of execution speed. If you are doing
 *        some computationally intense stuff you may need a more complex
 *        implementation which would be faster (especially for big bitmaps).
 *        See (http://graphics.stanford.edu/~seander/bithacks.html).
 */
int TCountBits( const unsigned char *bitmap, int size)
{
    int i, count = 0;

    for (i=0; i<size; i++)
        if (TIsBitSet(i, bitmap))
            count++;

    return count;
}

Примечание, чтобы установить бит ' n ' в 16-битное целое число, вы делаете следующее:

TSetBit( n, &my_int);

это зависит от вас, чтобы убедиться, что номер бита находится в пределах диапазона битовой карты, которую вы передаете. Обратите внимание, что для маленьких процессоров endian, которые байты, слова, слова, qwords и т. д., правильно сопоставить друг с другом в памяти (главная причина того, что мало процессоров с прямым, несколько лучше, чем процессоров с обратным порядком байтов, Ах, я чувствую пламя войны на подходе...).


эта программа должна изменить любой бит данных от 0 до 1 или 1 до 0:

{
    unsigned int data = 0x000000F0;
    int bitpos = 4;
    int bitvalue = 1;
    unsigned int bit = data;
    bit = (bit>>bitpos)&0x00000001;
    int invbitvalue = 0x00000001&(~bitvalue);
    printf("%x\n",bit);

    if (bitvalue == 0)
    {
        if (bit == 0)
            printf("%x\n", data);
        else
        {
             data = (data^(invbitvalue<<bitpos));
             printf("%x\n", data);
        }
    }
    else
    {
        if (bit == 1)
            printf("elseif %x\n", data);
        else
        {
            data = (data|(bitvalue<<bitpos));
            printf("else %x\n", data);
        }
    }
}

используйте этот:

int ToggleNthBit ( unsigned char n, int num )
{
    if(num & (1 << n))
        num &= ~(1 << n);
    else
        num |= (1 << n);

    return num;
}

расширения bitset ответ:

#include <iostream>
#include <bitset>
#include <string>

using namespace std;
int main() {
  bitset<8> byte(std::string("10010011");

  // Set Bit
  byte.set(3); // 10010111

  // Clear Bit
  byte.reset(2); // 10010101

  // Toggle Bit
  byte.flip(7); // 00010101

  cout << byte << endl;

  return 0;
}

Если вы хотите выполнить эту всю операцию с программированием на C в ядра Linux тогда я предлагаю использовать стандартные API ядра Linux.

см.https://www.kernel.org/doc/htmldocs/kernel-api/ch02s03.html

set_bit  Atomically set a bit in memory
clear_bit  Clears a bit in memory
change_bit  Toggle a bit in memory
test_and_set_bit  Set a bit and return its old value
test_and_clear_bit  Clear a bit and return its old value
test_and_change_bit  Change a bit and return its old value
test_bit  Determine whether a bit is set

Примечание: здесь вся операция происходит за один шаг. Так что все это гарантированно будет атомные даже на компьютерах SMP и полезны чтобы сохранить согласованность между процессорами.


Visual C 2010 и, возможно, многие другие компиляторы имеют прямую поддержку встроенных битовых операций. Удивительно, но это работает, даже оператор sizeof () работает правильно.

bool    IsGph[256], IsNotGph[256];

//  Initialize boolean array to detect printable characters
for(i=0; i<sizeof(IsGph); i++)  {
    IsGph[i] = isgraph((unsigned char)i);
}

Итак, на ваш вопрос, IsGph[i] =1, или IsGph[i] =0 сделать установку и очистку bools легко.

чтобы найти непечатаемые символы...

//  Initialize boolean array to detect UN-printable characters, 
//  then call function to toggle required bits true, while initializing a 2nd
//  boolean array as the complement of the 1st.
for(i=0; i<sizeof(IsGph); i++)  {
    if(IsGph[i])    {
         IsNotGph[i] = 0;
    }   else   {
         IsNotGph[i] = 1;
    }
}

обратите внимание, что в этом коде нет ничего "особенного". Он рассматривает как целое - что технически это. 1-разрядное целое число это может содержать 2 значения и только 2 значения.

однажды я использовал этот подход для поиска дубликатов кредитных записей, где loan_number был ключом ISAM, используя 6-значный номер кредита в качестве индекса в битовый массив. Невероятно быстро и через 8 месяцев доказали, что мэйнфрейм, из которого мы получали данные, на самом деле был неисправен. Простота битовых массивов делает уверенность в их правильности очень высокой-например, при поиске.


используйте один из операторов, как это определено здесь.

чтобы установить немного, используется int x = x | 0x?; здесь ? - Это бит в двоичной форме.


вот некоторые макросы, которые я использую:

SET_FLAG(Status, Flag)            ((Status) |= (Flag))
CLEAR_FLAG(Status, Flag)          ((Status) &= ~(Flag))
INVALID_FLAGS(ulFlags, ulAllowed) ((ulFlags) & ~(ulAllowed))
TEST_FLAGS(t,ulMask, ulBit)       (((t)&(ulMask)) == (ulBit))
IS_FLAG_SET(t,ulMask)             TEST_FLAGS(t,ulMask,ulMask)
IS_FLAG_CLEAR(t,ulMask)           TEST_FLAGS(t,ulMask,0)

как вы устанавливаете, очищаете и переключаете один бит?

для решения общей ошибки кодирования при попытке сформировать маску:
1 не всегда

какие проблемы возникают, когда number является более широким типом, чем 1?
x может быть слишком большим для смены 1 << x, ведущей к неопределенное поведение (UB). Даже если x не слишком велика, ~ может не хватает перевернуть самые-значимые-биты.

// assume 32 bit int/unsigned
unsigned long long number = foo();

unsigned x = 40; 
number |= (1 << x);  // UB
number ^= (1 << x);  // UB
number &= ~(1 << x); // UB

x = 10;
number &= ~(1 << x); // Wrong mask, not wide enough

страховать 1 достаточно широко:

код мог бы использовать 1ull или педантично (uintmax_t)1 и пусть компилятор оптимизируется.

number |= (1ull << x);
number |= ((uintmax_t)1 << x);

или бросание-что делает для кодирвоания/вопросов обзора / обслуживания держа бросание правильным и последним.

number |= (type_of_number)1 << x;

или нежно повысьте 1 путем принуждения математической операции, которая по крайней мере так же широка, как тип number.

number |= (number*0 + 1) << x;

как и в большинстве битных манипуляций, лучше всего работать с без подписи типы, а не подпись ones


int set_nth_bit(int num, int n){

    return (num | 1 << n);
}

int clear_nth_bit(int num, int n){

    return (num & ~( 1 << n));
}

int toggle_nth_bit(int num, int n){

    return num ^ (1 << n);
}

int check_nth_bit(int num, int n){

    return num & (1 << n);
}

шаблонная версия C++11 (помещенная в заголовок):

namespace bit {
    template <typename T1, typename T2> inline void set  (T1 &variable, T2 bit) {variable |=  ((T1)1 << bit);}
    template <typename T1, typename T2> inline void clear(T1 &variable, T2 bit) {variable &= ~((T1)1 << bit);}
    template <typename T1, typename T2> inline void flip (T1 &variable, T2 bit) {variable ^=  ((T1)1 << bit);}
    template <typename T1, typename T2> inline bool test (T1 &variable, T2 bit) {return variable & ((T1)1 << bit);}
}

namespace bitmask {
    template <typename T1, typename T2> inline void set  (T1 &variable, T2 bits) {variable |= bits;}
    template <typename T1, typename T2> inline void clear(T1 &variable, T2 bits) {variable &= ~bits;}
    template <typename T1, typename T2> inline void flip (T1 &variable, T2 bits) {variable ^= bits;}
    template <typename T1, typename T2> inline bool test_all(T1 &variable, T2 bits) {return ((variable & bits) == bits);}
    template <typename T1, typename T2> inline bool test_any(T1 &variable, T2 bits) {return variable & bits;}
}

переменная

int value, pos;

значением - данные
pos-положение бита, который мы заинтересованы установить, очистить или переключить
немного

value = value | 1 << pos;

очистить немного

value = value & ~(1 << pos); 

переключить немного

value = value ^ 1 << pos;

попробуйте одну из этих функций на языке C, чтобы изменить n бит:

char bitfield;

// Start at 0th position

void chang_n_bit(int n, int value)
{
    bitfield = (bitfield | (1 << n)) & (~( (1 << n) ^ (value << n) ));
}

или

void chang_n_bit(int n, int value)
{
    bitfield = (bitfield | (1 << n)) & ((value << n) | ((~0) ^ (1 << n)));
}

или

void chang_n_bit(int n, int value)
{
    if(value)
        bitfield |= 1 << n;
    else
        bitfield &= ~0 ^ (1 << n);
}

char get_n_bit(int n)
{
    return (bitfield & (1 << n)) ? 1 : 0;
}