在 C 中实现按位运算

Question

我正在尝试在 C 中实现两个按位函数：

set(unsigned *x, unsigned n, unsigned v) --> 将值 x 的第 n 位设置为值 v。V 为 0 或 1，为简单起见，N 为 [0, 31]。

flip(unsigned *x, unsigned n) --> 翻转 x 中的第 N 位。为简单起见，假设 N 为 [0,31]。

我的实现：

void set(unsigned *x, unsigned n, unsigned v) {
 
    *x = (1 << n) | v;
    
}


void flip(unsigned *x, unsigned n) {
    
    *x = n ^ (1 << *x);

}

我的问题：这些功能不符合逻辑。

测试用例的输出：

测试 set_bit()

set_bit(0x0000004e,2,0) 返回 0x00000004 但我们预期为 0x0000004a set_bit(0x0000006d,0,0) 返回 0x00000001 但我们预期为 0x0000006c set_bit(0x0000004e,2,1) 返回 0x00000005 但我们预期为 0x0000004e set_bit(0x0000006d,0,1) 返回 0x00000001 但我们预期为 0x0000006d set_bit(0x0000004e,9,0) 返回 0x00000200 但我们预期为 0x0000004e set_bit(0x0000006d,4,0) 返回 0x00000010 但我们预期为 0x0000006d set_bit(0x0000004e,9,1) 返回 0x00000201 但我们预期为 0x0000024e set_bit(0x0000006d,7,1) 返回 0x00000081 但我们预期为 0x000000ed

测试flip_bit()

flip_bit(0x0000004e,0) 返回 0x00004000，但我们预期为 0x0000004f flip_bit(0x0000004e,1) 返回 0x00004001，但我们预期为 0x0000004c flip_bit(0x0000004e,2) 返回 0x00004002，但我们预期为 0x0000004a flip_bit(0x0000004e,5) 返回 0x00004005，但我们预期为 0x0000006e flip_bit(0x0000004e,9) 返回 0x00004009，但我们预期为 0x0000024e

Answer 1

您应该为变量命名，而不是必须用 cmets 解释的 1 个字符的名称。

我们不应该在进行按位运算时使用有符号数字，并且1 是有符号整数。所以1<<31 是一个错误。

此外，您的函数集不能用于将位设置为值 0，因为按位 OR 不能那样工作。您要么需要单独的函数来设置/清除，要么需要在函数中包含一个分支if 语句，例如：

if(bit_value) 
  *value |= 1u<<n;
else
  *value &= ~(1u<<n);

可以与any 类型一起使用的更明智的接口是使用字符数组。然后你可以传递一个指向整数的指针，强制转换它，它保证可以工作。

void bit_set (unsigned char* data, size_t byte, unsigned char bit)
{
  data[byte] |= 1u << bit;
}

void bit_clear (unsigned char* data, size_t byte, unsigned char bit)
{
  data[byte] &= ~(1u << bit);
}

void bit_toggle (unsigned char* data, size_t byte, unsigned char bit)
{
  data[byte] ^= 1u << bit; 
}

Answer 2

如果我们在逻辑上遵循您的代码，我们可以看到正在发生的事情。让我们使用输入 0x4e 和输出 0x04 的第一个示例。为简单起见，我只看一个字节。

首先，您将 1 移位 N 次。在这种情况下，N = 2。在二进制中，它看起来像这样：

value    : N
---------:--
00000001 : 0
00000010 : 1
00000100 : 2

接下来，我们将 V 与 V = 0 的值按位或运算：

00000100 | 00000000 => 00000100

最后，该值被分配给地址 X 处的值。在二进制中，值 00000100 相当于十六进制的 0x04，与您的实际输出相匹配。

既然我们已经确定了逻辑错误，我们就可以提出适当的指示来帮助您到达您想去的地方。我提出以下建议（尽管可能还有其他更好的方法）。

void set_bit(unsigned *x, unsigned n, unsigned v) {
 
    unsigned temp = (1 << n);
    *x = v ? *x | temp : *x & ~temp;
    
}

这里发生的事情是首先我们存储由位移计算的值：00000100。然后我们根据 V 的值选择执行两条指令之一。

if v == 1
    X        : TEMP                 : HEX
    01001110 | 00000100 => 01001110 : 0x4e
if v == 0
    X        : ~TEMP                 : HEX
    01001110 & 11111011 => 01001010 : 0x4a

当 V = 0 时，这应该可以让您获得所需的输出。

另一个函数实际上要简单得多。我们可以做一个按位异或：

void flip_bit(unsigned *x, unsigned n) {
    
    unsigned temp = (1 << n);
    *x ^= temp;

}

这就是当 N = 0 时它在二进制中的样子：

X        : TEMP                 : HEX
01001110 ^ 00000001 => 01001111 : 0x4f

再次，这符合您的预期输出。

如果其中有任何令人困惑的地方，可以通过简单的谷歌搜索来了解按位运算符的工作原理。