Java BitSet 和 byte[] 用法

Question

我有这个应用程序，我应该大量使用BitSet 类并一点一点地写入文件。我知道我不能将位写入文件，所以首先我将BitSet 对象转换为字节数组并写入字节数组。但问题是因为BitSet 类从right to left 索引，当我将BitSet 对象转换为字节数组并写入文件时，它会向后写入。

例如这是我的 BitSet 对象：

10100100

BitSet.get(0) 给出 false，而 BitSet.get(7) 给出 true。我想把它写到文件中：

00100101

所以第一位是 0，最后一位是 1。

我的转换方法：

public static byte[] toByteArray(BitSet bits) 
{
    byte[] bytes = new byte[(bits.length() + 7) / 8];       
    for (int i = 0; i < bits.length(); i++) {
        if (bits.get(i)) {
            bytes[bytes.length - i / 8 - 1] |= 1 << (i % 8);
        }
    }
    return bytes;
}

我的写法：

    FileOutputStream fos = new FileOutputStream(filePath);
    fos.write(BitOperations.toByteArray(cBitSet));
    fos.close();

这是故意的还是我做错了什么？谢谢。

Answer 1

BitSet有几个问题：

• 它在输出上提供的字节数组的长度，使用.toByteArray()，取决于设置为 1 的最高位（如果没有设置位，则为 0，如果最后一个位设置为 indexOf(highestBitSet) + 7) / 8)；
• 因此，您不能依赖它来计算固定长度的位掩码。

考虑使用ByteBuffer 的包装器。示例代码如下。

注意：这使用“静态工厂方法”进行构造，因此您需要使用BitFlags.withByteLength() 或BitFlags.withBitLength() 来创建一个新实例。当然，您可以为此设计自己的方法，或者只是将构造函数公开。要获取底层数组，请调用.toByteArray()。

public final class BitFlags
{
    private final int nrBytes;
    private final ByteBuffer buf;

    private BitFlags(final int nrBytes)
    {
        if (nrBytes < 1)
            throw new IllegalArgumentException("need at least one byte");
        this.nrBytes = nrBytes;
        buf = ByteBuffer.allocate(nrBytes);
    }

    public static BitFlags withByteLength(final int nrBytes)
    {
        return new BitFlags(nrBytes);
    }

    public static BitFlags withBitLength(final int nrBits)
    {
        return new BitFlags((nrBits - 1) / 8 + 1);
    }

    public void setBit(final int bitOffset)
    {
        if (bitOffset < 0)
            throw new IllegalArgumentException();

        final int byteToSet = bitOffset / 8;
        if (byteToSet > nrBytes)
            throw new IllegalArgumentException();

        final int offset = bitOffset % 8;
        byte b = buf.get(byteToSet);
        b |= 1 << offset;
        buf.put(byteToSet, b);
    }

    public void unsetBit(final int bitOffset)
    {
        if (bitOffset < 0)
            throw new IllegalArgumentException();

        final int byteToSet = bitOffset / 8;
        if (byteToSet > nrBytes)
            throw new IllegalArgumentException();

        final int offset = bitOffset % 8;
        byte b = buf.get(byteToSet);
        b &= ~(1 << offset);
        buf.put(byteToSet, b);
    }

    public byte[] toByteArray()
    {
        return buf.array();
    }
}

Answer 2

BitSet 实现了可序列化。如果您只需要能够在 Java 中恢复 BitSet，并且不需要检查其在文件中的状态，您应该告诉它自己保存到文件中。

如果您希望将其写入包含其他非序列化数据的文件，您可以将其写入 ByteArrayOutputStream 并从中检索 byte[]。但是，直接写入文件可能会获得更好的性能。

Answer 3

我觉得这很合理。它不会很快，但它应该工作。如果您希望它以相反的顺序写出位，只需反转索引和移位即可：

byte[] bytes = new byte[(bits.length() + 7) / 8];       
for (int i = 0; i < bits.length(); i++) {
    if (bits.get(i)) {
        bytes[i / 8] |= 1 << (7 - i % 8);
    }
}

甚至：

        bytes[i / 8] |= 128 >> (i % 8);

如果您的位集相当稀疏（或者即使不是），则仅迭代 1 位可能更有效：

byte[] bytes = new byte[(bits.length() + 7) / 8];
for ( int i = bits.nextSetBit(0); i >= 0; i = bits.nextSetBit(i+1) ) {
    bytes[i / 8] |= 128 >> (i % 8);
}

如果您需要更高的密集位集速度，您可以尝试使用标准的BitSet.toByteArray() 方法，然后使用位旋转技巧来反转各个字节中的位：

byte[] bytes = bits.toByteArray();
for ( int i = 0; i < bytes.length; i++ ) {
    byte b = bytes[i];
    b = ((b & 0x0F) << 4) | ((b & 0xF0) >> 4);
    b = ((b & 0x33) << 2) | ((b & 0xCC) >> 2);
    b = ((b & 0x55) << 1) | ((b & 0xAA) >> 1);
    bytes[i] = b;
}