如何在字节数组中读取和写入位

Question

我有一个 unsigned char 缓冲区，我想知道如何向该字节缓冲区写入和读取有符号和无符号位。

在Source Engine中有一个名为bf_write的类，其中两个主要方法（由WriteString、WriteChar、WriteLong等使用）使用两个名为WriteUBitLong<的函数/strong> 和 WriteSBitLong。

提前致谢

Answer 1

如果位数是编译时常量：

#include <bitset>
...
std::bitset<100> b;
b[2]=true;

如果不是，请使用

，std::vector，它确实是一个打包的位向量：

#include <vector>
...
std::vector<bool> b(100);
b[2]=true;

你似乎想要使用一个需要将位向量打包在字节数组中的库。在不确切知道它以什么顺序放置位的情况下，我只能注意到：

1）以上所有内容可能会使用至少 32 位整数，其中位顺序为最低 - >最高或最高 - >最低有效

2） Little Endian (Intel/AMD) CPU，这意味着 int 数组的字节占用的内存可能与 int 内的位顺序不一致。如果它是“位 0 是 int 0 的 lsb，...位 32 是 int 1 的 lsb，...”那么在小端中与“位 0 是 char 0 的 lsb，...位”相同32 是 char 4 ..." 的 lsb，在这种情况下，您可以将指向 int 数组的指针转换为指向 char 数组的指针

3) 假设您的位集/向量中字节的本机顺序并不完全是这样图书馆需要，那么您必须创建自己的具有他们想要的布局，或者将副本转录到他们的布局中。

a) 如果一个字节内的位顺序不同，则给出具有相反位的字节的 256 条目查找表将是有效的。您可以使用一个小例程生成该表。

b) 从小<->大端反转字节：

inline void endian_swap(unsigned short& x)
{
    x = (x>>8) | 
        (x<<8);
}

inline void endian_swap(unsigned int& x)
{
    x = (x>>24) | 
        ((x<<8) & 0x00FF0000) |
        ((x>>8) & 0x0000FF00) |
        (x<<24);
}    

inline void endian_swap(unsigned long long& x)
{
    x = (x>>56) | 
        ((x<<40) & 0x00FF000000000000) |
        ((x<<24) & 0x0000FF0000000000) |
        ((x<<8)  & 0x000000FF00000000) |
        ((x>>8)  & 0x00000000FF000000) |
        ((x>>24) & 0x0000000000FF0000) |
        ((x>>40) & 0x000000000000FF00) |
        (x<<56);
}

要获取/设置字内的特定位，位#0位于字0的最低有效位中：

typedef unsigned char block_t;
const unsigned block_bits=8;

inline void set_bit(block_t *d,unsigned i) {
  unsigned b=i/block_bits;
  unsigned bit=i-(block_bits*b); // same as i%b
  block_t &bl=d[b];
  bl|=(1<<bit); // or bit with 1 (others anded w/ 0)
}

inline void clear_bit(block_t *d,unsigned i) {
  unsigned b=i/block_bits;
  unsigned bit=i-(block_bits*b); // same as i%b
  block_t &bl=d[b];
  bl&=(~(1<<bit)); // and bit with 0 (other bits anded w/ 1)
}

inline void modify_bit(block_t *d,unsigned i,bool val) {
  if (val) set_bit(d,i) else clear_bit(d,i);
}

inline bool get_bit(block_t const* d,unsigned i) {
  unsigned b=i/block_bits;
  unsigned bit=i-(block_bits*b); // same as i%b
  return d[b]&(1<<bit);
}

显然，如果位组织的规则不同，则必须改变上面的。

使用尽可能宽的 int 有效地处理 CPU，因为 block_t 是最好的（不要忘记更改 block_bits），除非字节序无法与您正在使用的库配合使用。

Answer 2

我认为几个宏就足够了：

#define set_bit0(buf, i) ((buf)[(i)/8]&=~(1u<<(i)%8))
#define set_bit1(buf, i) ((buf)[(i)/8]|=1<<(i)%8)
#define get_bit(buf, i) ((buf)[(i)/8]>>(i)%8&1)

此外，交换字节顺序可以以更快的方式完成。例如，对于 64 位整数 v，以下操作交换其字节顺序：

v = ((v & 0x00000000FFFFFFFFLLU) << 32) | (v >> 32);
v = ((v & 0x0000FFFF0000FFFFLLU) << 16) | ((v & 0xFFFF0000FFFF0000LLU) >> 16);
v = ((v & 0x00FF00FF00FF00FFLLU) << 8) | ((v & 0xFF00FF00FF00FF00LLU) >> 8);