有人可以解释一下这个 bitMask 代码是如何工作的吗？

Question

这是我的搭档想出的代码，但出于某种原因，我无法联系到他，问他应该如何工作。我已经经历过很多次了，但似乎无法得到我应该得到的答案。

/**
 * bitMask - Generate a mask consisting of all 1's 
 *   lowbit and highbit
 *   Examples: bitMask(5,3) = 0x38
 *   Assume 0 <= lowbit <= 31, and 0 <= highbit <= 31
 *   If lowbit > highbit, then mask should be all 0's
 *   Legal ops: ! ~ & ^ | + << >>
 */
int bitMask(int highbit, int lowbit) {
   int i = ~0;
   return ~(i << highbit << 1) & (i << lowbit);
}

Answer 1

在你的例子中，根据你的函数中的描述，函数正在做你似乎打算做的事情。主要问题是您使用的是 int 而不是 unsigned int。这将导致符号扩展出现问题。（更不用说 C 语言中缺少对带符号移位的定义）。

到 unsigned 的简单转换将向您展示它正在按预期运行：

简短示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

unsigned int bitMask (unsigned int highbit, unsigned int lowbit) {
    unsigned int i = ~0;
    return ~(i << highbit << 1) & (i << lowbit);
}

char *binstr (unsigned long n, unsigned char sz, unsigned char szs, char sep) {

    static char s[128 + 1] = {0};
    char *p = s + 128;
    unsigned char i;

    for (i = 0; i < sz; i++) {
        p--;
        if (i > 0 && szs > 0 && i % szs == 0)
            *p-- = sep;
        *p = (n >> i & 1) ? '1' : '0';
    }

    return p;
}

int main (int argc, char **argv) {

    unsigned high = argc > 1 ? (unsigned)strtoul (argv[1], NULL, 10) : 5;
    unsigned low  = argc > 2 ? (unsigned)strtoul (argv[2], NULL, 10) : 3;

    printf ("%s\n", binstr (bitMask (high, low), 32, 8, '-'));

    return 0;
}

输出

$ ./bin/bitmask
00000000-00000000-00000000-00111000

$ ./bin/bitmask 10 3
00000000-00000000-00000111-11111000

$ ./bin/bitmask 31 5
11111111-11111111-11111111-11100000

$ ./bin/bitmask 4 8
00000000-00000000-00000000-00000000

Answer 2

这个函数实际上是不正确的：对于较大的 highbit 和 lowbit 值，它可能具有特定于实现的行为甚至是未定义的行为。它应该使用 return unsigned 类型：

unsigned bitMask(int highbit, int lowbit) {
    unsigned i = ~0U;
    return ~(i << highbit << 1) & (i << lowbit);
}

步骤如下：

i = ~0U; 将 i 设置为所有位 1.
i << highbit 将这些位左移，在低位插入 highbit 0 位。
i << highbit << 1 为多一个 0 位腾出空间。不应将此表达式简化为 i << (highbit + 1)，因为如果 highbit + 1 变得大于或等于 i.
类型中的位数，则此类移位是实现定义的
~(i << highbit << 1) 补充此掩码，创建一个掩码，其中 highbit + 1 位设置在低位位置，0 位设置为高位。
i << lowbit 创建一个掩码 lowbit 0 位，高位 1。
~(i << highbit << 1) & (i << lowbit) 计算这 2 个掩码的交集，结果有 1 位从位号 lowbit 到位号 highbit 包括在内，从 0 表示最不重要。

示例：

bitMask(31, 0) -> 0xFFFFFFFF.
bitMask(0, 0) -> 0x00000001.
bitMask(31, 16) -> 0xFFFF0000.
bitMask(15, 0) -> 0x0000FFFF.

这种编号方式用于硬件规格。我个人更喜欢一种不同的方法，其中指定要跳过的位数和要设置的位数，更符合位域规范：

unsigned bitSpec(int start, int len) {
    return (~0U >> (32 - len)) << start;
}

和相同的例子：

bitSpec(0, 32) -> 0xFFFFFFFF.
bitSpec(0, 1) -> 0x00000001.
bitSpec(16, 16) -> 0xFFFF0000.
bitSpec(0, 16) -> 0x0000FFFF.

有人可以解释一下这个 bitMask 代码是如何工作的吗？

Can someone explain how this bitMask code works?

c

bitwise-operators

bit

bit-shift

bit-masks