Що таке бітове маскування?

Я досить новачок у програмуванні на С, і мені траплялося бітове маскування. Чи може хтось пояснити мені загальну концепцію та функцію біт-маскування? Приклади високо цінуються.

Маска визначає, які біти потрібно зберегти та які біти потрібно очистити.

Маскування - це акт нанесення маски на значення. Це здійснюється завдяки:

• Побітове ANDing для вилучення підмножини бітів у значенні
• Побітове АБО для встановлення підмножини бітів у значенні
• Побітове XORing, щоб перемикати підмножину бітів у значенні

Нижче наведено приклад вилучення підмножини бітів у значенні:

Mask:   00001111b
Value:  01010101b

Застосування маски до значення означає, що ми хочемо очистити перший (вищий) 4 біт, а останній (нижній) 4 біт. Таким чином ми витягли нижні 4 біти. Результат:

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

Маскування реалізується за допомогою AND, тому в C ми отримуємо:

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

Ось досить поширений випадок використання: Вилучення окремих байтів із більшого слова. Ми визначаємо біти високого порядку в слові як перший байт. Для цього ми використовуємо два оператори &, і >>(зсув праворуч). Ось як можна дістати чотири байти з 32-бітного цілого 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
    ...
}

Зауважте, що ви можете змінити порядок операторів вище, ви можете спершу зробити маску, а потім зсув. Результати однакові, але тепер вам доведеться використовувати іншу маску:

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

Маскування означає зберігати / змінювати / видаляти бажану частину інформації. Подивимось операцію маскування зображень; як - ця маскувальна операція видаляє будь-яку річ, яка не є шкірою-

Ми робимо І операцію в цьому прикладі. Є й інші оператори маскування - АБО , XOR .

Біт-маскування означає накладення маски на біти. Ось трохи маскування з 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]

Отже, 1залишаються лише середні 4 біти (оскільки ці біти є в цій масці).

Давайте побачимо це за допомогою 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]

Тепер середні 4 біти перевернуті ( 1стали 0, 0стали 1).

Отже, використовуючи біт-маску, ми можемо отримати доступ до окремих бітів [ приклади ]. Іноді цей прийом може бути використаний і для підвищення продуктивності. Візьмемо це для прикладу-

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

Ця функція повідомляє, чи ціле число непарне / парне. Ми можемо досягти того ж результату за рахунок більшої ефективності, використовуючи біт-маску-

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

Коротке пояснення : якщо найменший значущий біт двійкового числа, 1то він непарний; бо 0воно буде рівним. Таким чином, роблячи і з 1ми видаляємо всі інші біти для найменшого значущого біта тобто за винятком:

     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]