在 C 中交换整数中的位，你能向我解释这个函数吗？ 理解第 3 位和第 5 位交换的简单函数：

编程问答 2022-05-23

问题描述

我想编写一个接收 unsigned char 并在 bit 2 和 bit 4 之间交换并返回新数字的函数。

我不允许使用 if 语句。

所以我在其他函数中找到了这个函数，但这是最容易理解（或尝试理解）的函数。

所有其他函数都涉及到 XOR，老实说我不太明白。

unsigned char SwapBits(unsigned char num)
{
    
    unsigned char mask2 = ( num & 0x04 ) << 2;
    
    unsigned char mask4 = ( num & 0x10 ) >> 2;
    
    unsigned char mask  = mask3 | mask5 ;
    
    return ( num & 0xeb ) | mask;


}

谁能解释一下这里发生了什么，最重要的是，why? 为什么这里需要 AND，为什么需要 hex address？ 为什么我要AND 和0xeb (255)？我知道这是 char 的范围，但我为什么要这样做。

简而言之， 我知道如何阅读代码。我明白这段代码，但我不明白每一行的用途。

谢谢。

解决方法

首先，通常的约定是位从 0 开始编号，表示最低有效位并向上计数。在本例中，您有一个 8 位值，因此位从右侧的 0 到左侧的 7。

您发布的功能仍然不太正确，但我想我知道您（它）的用途。以下是它正在执行的步骤：

  1. 使用掩码拉出第 2 位（从右数第三个）
  2. 使用掩码拉出第 4 位（从右数第 5 个）
  3. 将第 2 位左移 2 个位置，使其现在位于第 4 位的原始位置
  4. 将第 4 位右移 2 个位置，使其现在位于第 2 位的原始位置
  5. 将这两个位连接成一个值，该值现在交换了第 2 位和第 4 位
  6. 仅屏蔽（使用 & 擦除）原始值的第 2 位和第 4 位
  7. 加入（使用 | 插入）新交换的第 2 位和第 4 位以完成转换

我重新编写了该函数以一次一个地显示每个步骤，以帮助使其更清晰。在您找到的原始函数或其他示例中，您会看到许多这些步骤都发生在同一个语句中。

unsigned char SwapBits(unsigned char num)
{
    // preserve only bit 2
    unsigned char bit2 = num & 0x04;
    
    // preserve only bit 4
    unsigned char bit4 = num & 0x10;
    
    // move bit 2 left to bit 4 position
    unsigned char bit2_moved = bit2 << 2;
    
    // move bit 4 right to bit 2 position
    unsigned char bit4_moved = bit4 >> 2;
    
    // put the two moved bits together into one swapped value
    unsigned char swapped_bits  = bit2_moved | bit4_moved;
    
    // clear bits 2 and 4 from the original value
    unsigned char num_with_swapped_bits_cleared = num & ~0x14;
    
    // put swapped bits back into the original value to complete the swap
    return num_with_swapped_bits_cleared | swapped_bits;
}

倒数第二个步骤 num & ~0x14 可能需要一些解释。由于我们要保存除第 2 位和第 4 位之外的所有原始位，因此我们仅屏蔽（擦除）我们正在更改的位，而保留所有其他位。我们要擦除的位位于位置 2 和 4，它们是掩码 0x14 中的 1。所以我们在 0x14 上做一个补码 (~) 把它变成除了第 2 位和第 4 位中的 0 之外的所有地方都为 1。然后我们将该值与原始数字进行 AND 运算，这具有将第 2 位和第 4 位变为 0 而离开的效果所有其他人独自一人。这允许我们在新的交换位中进行 OR 运算，作为完成该过程的最后一步。

,

您必须阅读binary representation of number

unsigned char SwapBits(unsigned char num)
{
// let say that [num] = 46,it means that is is represented 0b00101110

    unsigned char mask2 = ( num & 0x04 ) << 2;
// now,another byte named mask2 will be equal to:
// 0b00101110 num
// 0b00000100 0x04
//     . .1.  mask2 = 4. Here the & failed with . as BOTH ([and]) bits need to be set. Basically it keeps only numbers that have the 3rd bit set

    unsigned char mask4 = ( num & 0x10 ) >> 2;
// 0b00101110 num
// 0b00010000 0x10 -> means 16 in decimal or 0b10000 in binary or 2^4 (the power is also the number of trailing 0 after the bit set)
// 0b00.....0 mask4 = 0,all bits failed to be both set

    unsigned char mask  = mask3 | mask5 ;
// mask will take bits at each position if either set by mask3 [or] mask5 so:
// 0b1001 mask3
// 0boo11 mask4
// 0b1011 mask

    return ( num & 0xeb ) | mask; // you now know how it works ;) solve this one. PS: operation between Brackets have priority
}

如果您有兴趣了解按位运算符的基础知识，可以查看 this introduction。

建立信心后，您可以尝试 solving algorithms using only bitwise operators,，您将探索更深入的按位运算并查看其对运行时的影响；)

我还推荐阅读Bit Twiddling Hacks，老歌但好歌！

b = ((b * 0x80200802ULL) & 0x0884422110ULL) * 0x0101010101ULL >> 32; // reverse your byte!

理解第 3 位和第 5 位交换的简单函数：

如果要交换位索引 3 和位索引 5，则必须执行以下操作：

int n = 0b100010
int mask = 0b100000 // keep bit index 5 (starting from index 0)
int mask2 = 0b1000 // keep bit index 3

n = (n & mask) >> 2 | (n & mask2) << 2 | (n & 0b010111); 

// (n & mask) >> 2
// the mask index 5 is decrease by 2 position (>>2) and brings along with it the bit located at index 5 that it had captured in n thanks to the AND operand. 

// | (n & mask2) << 2
// mask2 is increased by 2 index and set it to 0 since n didn't have a bit set at index 3 originally.

// | (n & 0b010111); // bits 0 1 2 and 4 are preserved
// since we assign the value to n all other bits would have been wiped out if we hadn't kept their original value thanks to the mask on which we do not perform any shift operations.
bit-manipulationbitwise-operatorsbitwise-xorcswap