Что такое битовая маскировка?

Я довольно новичок в программировании на C и столкнулся с битовой маскировкой. Может ли кто-нибудь объяснить мне общую концепцию и функцию битовой маскировки? Примеры очень ценятся.

Маска определяет, какие биты вы хотите сохранить и какие биты вы хотите очистить.

Маскировка - это применение маски к значению. Это достигается путем:

• Побитовое AND для извлечения подмножества битов в значении
• Побитовое ИЛИ для установки подмножества битов в значении
• Побитовое XOR для переключения подмножества битов в значении

Ниже приведен пример извлечения подмножества битов в значении:

Mask:   00001111b
Value:  01010101b

Применение маски к значению означает, что мы хотим очистить первые (старшие) 4 бита и оставить последние (младшие) 4 бита. Таким образом мы извлекли младшие 4 бита. Результат:

Mask:   00001111b
Value:  01010101b
Result: 00000101b

Маскирование реализовано с использованием AND, поэтому в C мы получаем:

uint8_t stuff(...) {
  uint8_t mask = 0x0f;   // 00001111b
  uint8_t value = 0x55;  // 01010101b
  return mask & value;
}

Вот довольно распространенный вариант использования: извлечение отдельных байтов из более крупного слова. Мы определяем старшие биты в слове как первый байт. Мы используем два оператора для этого &, и >>(сдвиг вправо). Вот как мы можем извлечь четыре байта из 32-разрядного целого числа:

void more_stuff(uint32_t value) {             // Example value: 0x01020304
    uint32_t byte1 = (value >> 24);           // 0x01020304 >> 24 is 0x01 so
                                              // no masking is necessary
    uint32_t byte2 = (value >> 16) & 0xff;    // 0x01020304 >> 16 is 0x0102 so
                                              // we must mask to get 0x02
    uint32_t byte3 = (value >> 8)  & 0xff;    // 0x01020304 >> 8 is 0x010203 so
                                              // we must mask to get 0x03
    uint32_t byte4 = value & 0xff;            // here we only mask, no shifting
                                              // is necessary
    ...
}

Обратите внимание, что вы можете переключать порядок операторов выше, вы можете сначала сделать маску, а затем сдвиг. Результаты одинаковы, но теперь вам придется использовать другую маску:

uint32_t byte3 = (value & 0xff00) >> 8;

Маскировка означает сохранение / изменение / удаление нужной части информации. Давайте посмотрим на операцию маскировки изображения; как эта маскирующая операция удаляет любую вещь, которая не является

Мы делаем операцию И в этом примере. Есть и другие маскирующие операторы - ИЛИ , XOR .

Битовая маскировка означает наложение маски на биты. Вот немного маскировки с AND -

     1 1 1 0 1 1 0 1   [input]
(&)  0 0 1 1 1 1 0 0    [mask]
------------------------------
     0 0 1 0 1 1 0 0  [output]

Таким образом, 1остаются только средние 4 бита (поскольку эти биты находятся в этой маске).

Давайте посмотрим это с XOR -

     1 1 1 0 1 1 0 1   [input]
(^)  0 0 1 1 1 1 0 0    [mask]
------------------------------
     1 1 0 1 0 0 0 1  [output]

Теперь, средние 4 бита перевернуты ( 1стали 0, 0стали 1).

Таким образом, используя битовую маску, мы можем получить доступ к отдельным битам [ примеры ]. Иногда этот метод также может быть использован для повышения производительности. Возьмите это, например,

bool isOdd(int i) {
    return i%2;
}

Эта функция сообщает, является ли целое число нечетным / четным. Мы можем достичь того же результата с большей эффективностью, используя

bool isOdd(int i) {
    return i&1;
}

Краткое объяснение : Если младший бит двоичного числа 1является нечетным; потому что 0это будет даже. Таким образом, делая и с 1мы удаляем все остальные биты для наименьшего значащего бита т.е. за исключением:

     55  ->  0 0 1 1 0 1 1 1   [input]
(&)   1  ->  0 0 0 0 0 0 0 1    [mask]
---------------------------------------
      1  <-  0 0 0 0 0 0 0 1  [output]