更简单的位运算

Eddie Velasquez

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2001年12月21日

CPOL

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一组简化位运算理解的模板。

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引言

我使用 C/C++ 开发软件已经很长时间了，但我仍然需要三思而后行，当我遇到位运算时，更不用说当我必须向其他人解释它们时了！例如

    unsigned const STAT_ONE = 0x0001;
    unsigned const STAT_TWO = 0x0002;
    
    unsigned status = 0x0001;
    if(status & (STAT_ONE | STAT_TWO)) // Does this evaluate to true or false?
       DoSomething();

我们都知道前面的语句检查是否同时设置了 STAT_ONE 和 STAT_TWO 位，然后将执行 DoSomething()... 还是设置了 STAT_ONE 或 STAT_TWO 位？让我们看看

    0001 or   // STAT_ONE
    0010      // STAT_TWO
    ----
    0011 and  // STAT_ONE | STAT_TWO
    0001      // status
    ----
    0001      // status & (STAT_ONE | STAT_TWO)

因为结果为非零，所以将执行 DoSomething()。我认为这可能非常棘手，特别是如果表达式变得太复杂。下面的代码的意图是否更容易理解，并且不易出错？

    unsigned const STAT_ONE = 0x0001;
    unsigned const STAT_TWO = 0x0002;

    unsigned status = 0x0001;
    if(isAnyBitSet(status, STAT_ONE | STAT_TWO)) // This evaluates to true, bit
                                                 // STAT_ONE is set and bit STAT_TWO 
                                                 // isn't. Same as previous example
       DoSomething();

    if(areAllBitsSet(status, STAT_ONE | STAT_TWO)) // This evaluates to false, 
                                                   // bit STAT_ONE is set but bit 
                                                   // STAT_TWO isn't
       DoSomething();

而且通过其位置访问位的数值也很方便，就像这样

    if(isBitSetByPos(status, 5))   
       bitClearByPos(status, 5);

BitTools.h 头文件中提供的所有函数都是内联的，因此无需担心大小或运行时速度的权衡。

模板

基于位掩码的函数

template <class T, class U>
	bool isAnyBitSet(T value, U mask)

如果 mask 中的任何位在 value 中被设置，则返回 true。定义为：(value & mask) != 0

   1010 and  // value
   0110      // mask
   ----
   0010      // Non-zero: true

template <class T, class U>
	bool areAllBitsSet(T value, U mask)

如果 mask 中的所有位都在 value 中被设置，则返回 true。定义为：(value & mask) == mask

   1010 and  // value
   1110      // mask
   ----
   1010      // 1010 == 1010: true

```
template <class T, class U>
```
bool areAllBitsClear(T value, U mask)
如果 mask 中的所有位在 value 中被清除，则返回 true。定义为：(value & mask) == 0
```
   1010 and  // value
   0101      // mask
   ----
   0000      // Zero: true
```

template <class T, class U>
	T setBits(T value, U mask)

将 mask 位设置为 value 并返回 value。定义为：value | mask

   1000 or   // value
   0110      // mask
   ----
   1110

template <class T, class U>
	T setBitsExcept(T value, U mask)

返回 value，其中所有位都被设置，除了 mask 位。定义为：value | ~mask

   1001 not  // mask
   ----
   0110 or   // ~mask
   0001      // value
   ----
   0111

template <class T, class U>
	T clearBits(T value, U mask)

清除 mask 位并返回 value。定义为：value & ~mask

   1001 not  // mask
   ----
   0110 and  // ~mask
   1111      // value
   ----
   0110

template <class T, class U>
	T clearBitsExcept(T value, U mask)

返回 value，其中所有位都被清除，除了 mask 位。定义为：value & mask

   0010 and  // value
   0110      // mask
   ----
   0010

template <class T, class U>
	T setClearBits(T value, U add, U remove)

返回 value，其中设置 add 位并清除 remove 位。定义为：(value | add) & ~remove

   1101 or   // value
   0101      // add
   ----
   0111

   0001 not  // remove
   ---- 
   1110 and  // ~remove
   0111      // value | add
   ----
   0110

template <class T, class U, class V>
	T setBits(T value, U mask, V set)

根据 set 的值，返回 value，其中设置或清除了 mask 位。

基于位置的函数

```
template <class T>
	T setBitByPos(T value, unsigned char n)
```
将第 n 位设置为 value 并返回 value。定义为 value | (1 << n)

template <class T>
	T clearBitByPos(T value, unsigned char n)

清除第 n 位并返回 value。定义为 value & ~(1 << n)

```
template <class T>
	bool isBitSetByPos(T value, unsigned char n)
```
如果 value 具有设置的第 n^th 位，则返回 true。定义为 (value & (1 << n)) != 0
```
template <class T>
	bool isBitClearByPos(T value, unsigned char n)
```
如果 value 具有清除的第 n^th 位，则返回 true。定义为 (value & (1 << n)) == 0

结论

BitTools.h 中包含的模板提供了一种更容易、更不易出错的方式来表达位运算，与手写代码相比，没有性能或大小的损失。我希望您发现这些函数像我一样有用且易于使用。