Как определить и работать с массивом бит в C?

Ответ 1

Если я не опоздал, эта страница дает удивительные объяснения с примерами.

Массив int может использоваться для обработки массива bits. Предполагая, что размер int равен 4 bytes, когда мы говорим о int, мы имеем дело с 32 bits. Скажем, мы имеем int A[10], значит, мы работаем над 10*4*8 = 320 bits, а следующий рисунок показывает: (каждый элемент массива имеет 4 больших блока, каждый из которых представляет byte, а каждый из меньших блоков представляет собой bit)

Итак, чтобы установить k -й бит в массиве A:

void  SetBit( int A[],  int k )
   {
      int i = k/32;        //gives the corresponding index in the array A
      int pos = k%32;      //gives the corresponding bit position in A[i]

      unsigned int flag = 1;   // flag = 0000.....00001

      flag = flag << pos;      // flag = 0000...010...000   (shifted k positions)

      A[i] = A[i] | flag;      // Set the bit at the k-th position in A[i]
   }

или в сокращенной версии

void  SetBit( int A[],  int k )
   {
      A[k/32] |= 1 << (k%32);  // Set the bit at the k-th position in A[i]
   }

аналогично очистке k th бит:

void  ClearBit( int A[],  int k )                
   {
      A[k/32] &= ~(1 << (k%32));
   }

и проверить, есть ли бит k th:

int TestBit( int A[],  int k )
   {
      return ( (A[k/32] & (1 << (k%32) )) != 0 ) ;     
   }

Как сказано выше, эти манипуляции можно также записать в виде макросов:

#define SetBit(A,k)     ( A[(k/32)] |= (1 << (k%32)) )
#define ClearBit(A,k)   ( A[(k/32)] &= ~(1 << (k%32)) )            
#define TestBit(A,k)    ( A[(k/32)] & (1 << (k%32)) )

Ответ 2

typedef unsigned long bfield_t[ size_needed/sizeof(long) ];
// long because that probably what your cpu is best at
// The size_needed should be evenly divisable by sizeof(long) or
// you could (sizeof(long)-1+size_needed)/sizeof(long) to force it to round up

Теперь каждый длинный в bfield_t может содержать sizeof (long) * 8 бит.

Вы можете рассчитать индекс необходимого большого значения:

bindex = index / (8 * sizeof(long) );

и номер вашего бита на

b = index % (8 * sizeof(long) );

Затем вы можете найти нужную вам длину, а затем замаскировать нужный вам бит.

result = my_field[bindex] & (1<<b);

или

result = 1 & (my_field[bindex]>>b); // if you prefer them to be in bit0

Первый может быть быстрее на каком-то cpus или может спасти вас, если вы переместите резервную копию для выполнения операций между одним и тем же битом в нескольких бит-массивах. Он также отражает настройка и очистка бит в поле ближе, чем вторая реализация. набор:

my_field[bindex] |= 1<<b;

ясно:

my_field[bindex] &= ~(1<<b);

Вы должны помнить, что вы можете использовать побитовые операции для длин, удерживающих поля и то же, что и операции с отдельными битами.

Вероятно, вы также захотите изучить функции ffs, fls, ffc и flc, если они доступны. ffs всегда должно быть доступно в strings.h. Он там только для этой цели - строка бит. Во всяком случае, он находит первый набор и по существу:

int ffs(int x) {
    int c = 0;
    while (!(x&1) ) {
        c++;
        x>>=1;
    }
    return c; // except that it handles x = 0 differently
}

Это обычная операция для процессоров, для которой требуется инструкция, и ваш компилятор, скорее всего, сгенерирует эту инструкцию, а не вызывает функцию, подобную той, которую я написал. Кстати, у x86 есть инструкция для этого. О, и ffsl и ffsll - это одна и та же функция, за исключением длинных и длинных длинных, соответственно.

Ответ 3

Вы можете использовать и (побитовое и) и < < (Сдвиг влево).

Например, (1 < 3) приводит к "00001000" в двоичном формате. Таким образом, ваш код может выглядеть так:

char eightBits = 0;

//Set the 5th and 6th bits from the right to 1
eightBits &= (1 << 4);
eightBits &= (1 << 5);
//eightBits now looks like "00110000". 

Затем просто увеличьте его с помощью массива символов и определите соответствующий байт, чтобы изменить его.

Для большей эффективности вы можете заранее определить список бит-полей и поместить их в массив:

#define BIT8 0x01
#define BIT7 0x02
#define BIT6 0x04
#define BIT5 0x08
#define BIT4 0x10
#define BIT3 0x20
#define BIT2 0x40
#define BIT1 0x80

char bits[8] = {BIT1, BIT2, BIT3, BIT4, BIT5, BIT6, BIT7, BIT8};

Затем вы избегаете накладных расходов на сдвиг бит, и вы можете индексировать свои биты, превращая предыдущий код в:

eightBits &= (bits[3] & bits[4]);

В качестве альтернативы, если вы можете использовать С++, вы можете просто использовать std::vector<bool>, который внутренне определен как вектор бит, в комплекте с прямой индексацией.

Ответ 4

bitarray.h:

#include <inttypes.h> // defines uint32_t

//typedef unsigned int bitarray_t; // if you know that int is 32 bits
typedef uint32_t bitarray_t;

#define RESERVE_BITS(n) (((n)+0x1f)>>5)
#define DW_INDEX(x) ((x)>>5)
#define BIT_INDEX(x) ((x)&0x1f)
#define getbit(array,index) (((array)[DW_INDEX(index)]>>BIT_INDEX(index))&1)
#define putbit(array, index, bit) \
    ((bit)&1 ?  ((array)[DW_INDEX(index)] |= 1<<BIT_INDEX(index)) \
             :  ((array)[DW_INDEX(index)] &= ~(1<<BIT_INDEX(index))) \
             , 0 \
    )

Использование:

bitarray_t arr[RESERVE_BITS(130)] = {0, 0x12345678,0xabcdef0,0xffff0000,0};
int i = getbit(arr,5);
putbit(arr,6,1);
int x=2;            // the least significant bit is 0
putbit(arr,6,x);    // sets bit 6 to 0 because 2&1 is 0
putbit(arr,6,!!x);  // sets bit 6 to 1 because !!2 is 1

EDIT документы:

"dword" = "double word" = 32-битное значение (без знака, но это не очень важно)

RESERVE_BITS: number_of_bits --> number_of_dwords
    RESERVE_BITS(n) is the number of 32-bit integers enough to store n bits
DW_INDEX: bit_index_in_array --> dword_index_in_array
    DW_INDEX(i) is the index of dword where the i-th bit is stored.
    Both bit and dword indexes start from 0.
BIT_INDEX: bit_index_in_array --> bit_index_in_dword
    If i is the number of some bit in the array, BIT_INDEX(i) is the number
    of that bit in the dword where the bit is stored.
    And the dword is known via DW_INDEX().
getbit: bit_array, bit_index_in_array --> bit_value
putbit: bit_array, bit_index_in_array, bit_value --> 0

getbit(array,i) извлекает dword, содержащий бит i, и сдвигает правое право, так что бит я становится наименее значимым. Затем побитовое и с 1 удаляет все остальные биты.

putbit(array, i, v) прежде всего проверяет младший значащий бит v; если это 0, нам нужно очистить бит, а если оно равно 1, мы должны его установить.
Чтобы установить бит, мы выполняем поразрядное или двоеслово, содержащее бит, и значение 1, сдвинутое слева на бит_индекс_индекса: этот бит установлен, а другие биты не изменяются.
Чтобы очистить бит, мы делаем побитовое и dword, которое содержит бит и поразрядное дополнение к 1 смещенному слева от bit_index_in_dword: это значение имеет все биты, установленные на единицу, за исключением единственного нулевого бита в позиции, которую мы хотим очистить.
Макрос заканчивается на , 0, потому что иначе он вернет значение dword, где бит я будет сохранен, и это значение не имеет смысла. Можно также использовать ((void)0).

Ответ 5

Это компромисс:

(1) использовать 1 байт для каждого 2-битного значения - простой, быстрый, но использует 4-кратную память

(2) пакетные биты в байты - более сложные, некоторые служебные служебные данные, используют минимальную память

Если у вас достаточно памяти, перейдите к (1), в противном случае рассмотрите (2).