在 C 中實現按位運算

Question

我正在嘗試在 C 中實現兩個按位函數：

set(unsigned *x, unsigned n, unsigned v) --> 將值 x 的第 n 位設置為值 v。V 是 0 或 1，為了簡單起見，N 是 [0, 31]。

flip(unsigned *x, unsigned n) --> 翻轉 x 中的第 N 位。 為簡單起見，假設 N 為 [0,31]。

我的實現：

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


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

}

我的問題：這些功能不符合邏輯。

測試用例的輸出：

測試 set_bit()

SET_BIT（0x0000004e，2,0）返回0x00000004，但我們預計0x0000004a SET_BIT（0x0000006d，0,0）返回00000001，但我們預計0x0000006c SET_BIT（0x0000004e，2,1）返回0x00000005，但我們預計0x0000004e SET_BIT（0x0000006d，0,1）返回00000001但我們預計0x0000006d SET_BIT（0x0000004e，9,0）返回0x00000200，但我們預計0x0000004e SET_BIT（0x0000006d，4,0）返回0x00000010，但我們預計0x0000006d SET_BIT（0x0000004e，9,1）返回0x00000201，但我們預計0x0000024e SET_BIT（ 0x0000006d,7,1) 返回 0x00000081 但我們期望 0x000000ed

測試 flip_bit()

flip_bit（0x0000004e，0）返回0x00004000，但我們預期0x0000004f flip_bit（0x0000004e，1）返回0x00004001，但我們預期0x0000004c flip_bit（0x0000004e，2）返回0x00004002，但我們預期0x0000004a flip_bit（0x0000004e，5）返回0x00004005，但我們預期 0x0000006e flip_bit(0x0000004e,9) 返回 0x00004009，但我們預期 0x0000024e

Answer 1

您應該為變量提供比必須用注釋解釋的 1 個字符更有意義的名稱。

在進行按位運算時，我們永遠不應該使用有符號數字，並且1是有符號整數。 所以1<<31是一個錯誤。

此外，您的函數集不能用於將位設置為值 0，因為按位 OR 不能那樣工作。 您要么需要單獨的函數來設置/清除，要么需要在函數內部包含一個分支if語句，例如：

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

可用於任何類型的更合理的接口是使用字符數組。 然后你可以傳遞一個指向整數的指針，轉換它，它保證工作。

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

如果我們在邏輯上遵循您的代碼，我們可以看到發生了什么。 讓我們使用輸入 0x4e 和輸出 0x04 的第一個示例。 為簡單起見，我只看一個字節。

首先，您將 1 移位 N 次。 在這種情況下，N = 2。在二進制中，它看起來像這樣：

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

接下來，我們用 V 來按位或該值，其中 V = 0：

00000100 | 00000000 => 00000100

最后，該值被分配給地址 X 處的值。在二進制中，值 00000100 相當於十六進制的 0x04，與您的實際輸出相匹配。

現在我們已經確定了邏輯錯誤，我們可以提出適當的說明，讓您到達您想要的位置。 我提出以下建議（盡管可能還有其他更好的方法）。

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

這里發生的事情是首先我們存儲由位移計算的值：00000100。然后我們選擇根據 V 的值執行兩條指令之一。

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

當 V = 0 時，這應該可以讓您獲得所需的輸出。

另一個函數實際上要簡單得多。 我們可以做一個按位異或：

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

}

這是當 N = 0 時它在二進制中的樣子：

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

同樣，這符合您的預期輸出。

如果其中任何一個令人困惑，那么對按位運算符如何工作的簡單谷歌搜索應該可以提供見解。