检查 QByteArray 的特定位

Question

我有一个 8 字节的 QByteArray，我需要检查该数组中的特定位，但不是每次都检查相同的位。它可以是构成该 8 字节数组的 64 位中的任何一个。性能优先！

我当前的方法首先从该数组中获取一个特定字节，然后获取一个特定的半字节（或半字节），然后使用QByteArray::number(x, 2) 转换为具有二进制表示的另一个QByteArray，最后我检查该位.这很糟糕，我想要一个更好的方法。

我选择将其加载到 QBitArray 中，这样我就可以快速轻松地检索特定位。我假设它在内存中的表示与QByteArray 或quint64 相同，因此可以接受转换，但不允许转换。

如何快速检查QByteArray 中的特定位（0 到 63）是 1 还是 0？

Answer 1

我猜你需要做的就是遍历比特。

1) 检查你想要的位

if(j+(i*CHAR_BIT) == (bit-1)) 

2) 如果传递的“位”不适合特定字节，则跳过不需要的字节

(((i+1)*CHAR_BIT) < (bit-1))

3) 如果当前位位置大于传递的位，则跳过所有其他字节。

((j+(i*CHAR_BIT)) > (bit-1))

以下是完整的解决方案。

quint8 checkBit(QByteArray bytes, int bit) {
    quint8 result=0;
    for(int i = 0; i < bytes.count(); ++i) {
        for (int j = 0; j < CHAR_BIT; ++j) {
            if(j+(i*CHAR_BIT) == (bit-1)) {
                result = (bytes.at(i) & (1 << (7-j))) ? 1 : 0;
                break;
            }
            else if(((i+1)*CHAR_BIT) < (bit-1) || ((j+(i*CHAR_BIT)) > (bit-1))) { // out of range skips
                break;
            }
        }
    }

    return result;
}

注意：由于位置从 0 开始，所以当你通过 bit .. 说 8 实际上是 8-1 = 7 : [0,1,2,3,4,5,6,7]

Answer 2

QBitArray 并非设计为可转换为其他任何东西；它的内部表示确实是内部的。

唉，位检查相当容易。现代架构使用桶式移位器，因此移位很便宜。

有几种可能的位到字节映射。让我们涵盖所有这些：

        byte 0     byte 1       byte n-1   byte n
LL - [01234567] [89ABCDEF] ...
LB - [76543210] [FEDCBA98] ...
BL -                       ... [89ABCDEF] [01234567]
BB -                       ... [FEDCBA98] [76543210]

因此：

enum class BitMapping { LL, LB, BL, BB };

bool getBit1(const QByteArray & arr, int bit, BitMapping m) {
  Q_ASSERT(arr.size() >= 8);
  auto byte = (m == BitMapping::LL || m == BitMapping::LB) ? 
              bit/8 : (7 - bit/8);
  bit = (m == BitMapping::LB || m == BitMapping::BB) ?
        (bit%8) : (7 - (bit%8));
  return arr.at(byte) & (1<<bit);
}

如果我们假设平台对 64 位整数有合理的支持，我们可以利用这些：

bool getBit2(const QByteArray & arr, int bit, BitMapping m) {
   Q_ASSERT(arr.size() >= 8);
   auto value = *reinterpret_cast<const quint64 *>(arr.data());
   if (m == BitMapping::LL || m == BitMapping::BL)
      bit = (bit & 0x38) + 7 - (bit & 0x07); // reorder bits
   if ((Q_BYTE_ORDER == Q_LITTLE_ENDIAN && (m == BitMapping::BL || m == BitMapping::BB)) ||
       (Q_BYTE_ORDER == Q_BIG_ENDIAN && (m == BitMapping::LL || m == BitMapping::LB)))
      bit = (bit & 0x07) + 0x38 - (bit & 0x38); // reorder bytes
   return value & (1<<bit);
}

任何体面的编译器都会在专门化时内联上述任一实现，例如

bool getBit(const QByteArray & arr, int bit) {
  return getBit2(arr, bit, BitMapping::LB);
}

您也可以针对 LB 案例手动对其进行专门化：

bool getBit1(const QByteArray & arr, int bit) {
  Q_ASSERT(arr.size() >= 8);
  auto byte = bit/8;
  bit = bit%8;
  return arr.at(byte) & (1<<bit);
}

bool getBit2(const QByteArray & arr, int bit) {
   Q_ASSERT(arr.size() >= 8);
   auto value = *reinterpret_cast<const quint64 *>(arr.data());
   if (Q_BYTE_ORDER == Q_BIG_ENDIAN)
      bit = (bit & 0x07) + 0x38 - (bit & 0x38); // reorder bytes
   return value & (1<<bit);
}

请注意，Q_BYTE_ORDER 检查是编译时常量，不会产生运行时开销。

getBit1 和getBit2 可移植到Qt 运行的所有平台，getBit2 生成的代码比getBit1 好一点。在 x86-64 上，来自getBit2 的位旋转代码相当于 5 条指令：

mov    $0x1,%eax
shl    %cl,%eax
cltq   
test   %rax,(%rdi)
setne  %al
retq