什么是位屏蔽？

Question

我对C编程很新，我遇到了掩码。有人可以向我解释位屏蔽的一般概念和功能吗？非常感谢例子。

Answer 1

掩码定义要保留的位以及要清除的位。

掩蔽是将掩码应用于值的行为。这是通过以下方式完成的：

• 按位AND运算以提取值中的位的子集
• 按位ORing以设置值中的位的子集
• 按位异或，以切换值中的位的子集

下面是提取值中位的子集的示例：

Mask:   00001111b
Value:  01010101b

将掩码应用于值意味着我们要清除第一个（更高）4位，并保留最后（较低）4位。因此我们提取了低4位。结果是：

Mask:   00001111b
Value:  01010101b
Result: 00000101b

使用AND实现掩码，因此在C中我们得到：

uint8_t stuff(...) {
  uint8_t mask = 0x0f;   // 00001111b
  uint8_t value = 0x55;  // 01010101b
  return mask & value;
}

这是一个相当常见的用例：从较大的单词中提取单个字节。我们将字中的高位定义为第一个字节。我们使用两个运算符，&和>>（右移）。这是我们如何从32位整数中提取四个字节：

void more_stuff(uint32_t value) {             // Example value: 0x01020304
    uint32_t byte1 = (value >> 24);           // 0x01020304 >> 24 is 0x01 so
                                              // no masking is necessary
    uint32_t byte2 = (value >> 16) & 0xff;    // 0x01020304 >> 16 is 0x0102 so
                                              // we must mask to get 0x02
    uint32_t byte3 = (value >> 8)  & 0xff;    // 0x01020304 >> 8 is 0x010203 so
                                              // we must mask to get 0x03
    uint32_t byte4 = value & 0xff;            // here we only mask, no shifting
                                              // is necessary
    ...
}

请注意，您可以切换上面的运算符的顺序，您可以先执行掩码，然后再进行移位。结果是一样的，但现在你必须使用不同的掩码：

uint32_t byte3 = (value & 0xff00) >> 8;

Answer 2

屏蔽意味着保持/更改/删除所需的信息部分。让我们看一下图像掩盖操作;喜欢 - 这种掩蔽操作正在移除任何不是皮肤的东西 -

我们在这个例子中做了AND操作。还有其他屏蔽操作符 - OR，XOR。

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位掩码意味着在位上施加掩码。以下是AND-的掩盖

     1 1 1 0 1 1 0 1   [input]
(&)  0 0 1 1 1 1 0 0    [mask]
------------------------------
     0 0 1 0 1 1 0 0  [output]

因此，只有中间的4位（因为这些位是这个掩码中的1）仍然存在。

让我们看看XOR-

     1 1 1 0 1 1 0 1   [input]
(^)  0 0 1 1 1 1 0 0    [mask]
------------------------------
     1 1 0 1 0 0 0 1  [output]

现在，中间4位翻转（1成为0，0成为1）。

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因此，使用位掩码我们可以访问各个位[examples]。有时，这种技术也可用于提高性能。以此为例 -

bool isOdd(int i) {
    return i%2;
}

该函数告诉整数是奇数还是偶数。我们可以使用位掩码以更高的效率实现相同的结果 -

bool isOdd(int i) {
    return i&1;
}

简短说明：如果二进制数的least significant bit是1那么它是奇数;对于0来说，它会是均匀的。因此，通过与1进行AND，除了最低有效位之外，我们将删除所有其他位，即：

     55  ->  0 0 1 1 0 1 1 1   [input]
(&)   1  ->  0 0 0 0 0 0 0 1    [mask]
---------------------------------------
      1  <-  0 0 0 0 0 0 0 1  [output]