C# 中位操作的按位运算符与 .NET 抽象

Question

我正在尝试获得使用 C#.NET 处理位的基本技能。我昨天发布了一个示例，其中包含一个需要位操作的简单问题，这使我发现有两种主要方法 - 使用

bitwise operators

或使用 .NET 抽象，例如

BitArray

（如果有更多构建，请告诉我-用于处理 .NET 中除

BitArray

以外的位的工具以及如何查找更多信息（如果有）？）。

我知道

bitwise operators

工作得更快，但使用

BitArray

对我来说更容易，但我真正努力避免的一件事是学习不好的做法。尽管我个人更喜欢 .NET 抽象，但我想知道在实际程序中我实际上更适合学习和使用哪个。考虑到这一点，我很想认为 .NET 抽象并没有那么糟糕，毕竟必须有理由存在，也许作为初学者，学习抽象并随后通过低级操作提高我的技能会更自然，但这只是随意的想法。

Answer 1

这实际上取决于你用它做什么。当速度更受关注时，我会说使用按位运算，因为它们的开销要少得多。否则，BitArray 应该没问题。相关的主要开销是函数调用以及对您可以执行的“技巧”的一些限制。

例如，如果您想要在值中设置位 0、3 或 4 时执行某些操作：

if((value & 0b11001)>0) //not sure this is valid syntax, but you get the idea
{
   //do stuff
}

由于整数是本机 CLR 类型，因此几乎直接转换为 3 个本机操作码：

mov

、

and

和

cmp

对于 BitArray，我认为最有效的方法是：

if(value[0] || value[3] || value[4])
{
  //...
}

其中（假设不是 JIT），这相当于最多 3 个轻复杂度的函数调用。从 BitArray 的支持整数（我假设）获取位值的最简单方法如下所示：

bool GetBit(int which)
{
  return value & (1 << which)>0;
}

这基本上意味着它相当于慢了大约 2 倍仅一位对于这个超级简单的情况，这意味着慢了大约 6 倍，因为我们正在检查 3 位。

对于 BitArray 来说，副本可能更昂贵，因为它们不是本机 CLR 类型。我怀疑大部分开销都被 JIT 消除了，但仍然需要考虑，特别是在针对紧凑框架时。

基本上，只有当您不需要对 BitArray 进行复杂的按位运算时才使用它们。

注意：您还可以使用在整数和 BitArray 之间进行转换的混合方法，但这也会产生相当大的开销。

Answer 2

我想知道在实际程序中我实际上更好地学习和使用哪个。

学习它们。它们并不难理解，您可以想象其中一个比另一个更好的场景。

虽然我同意上面的@Marc Gravell，但如果我需要处理大量的位（并且速度不是太大的问题），我只会考虑使用 BitArray，但如果你最终在这种情况下，无论如何你都可能做错了什么。

Answer 3

编程时请始终牢记这一点：

“没有什么问题是通过添加另一层间接层无法解决的，除了有太多间接层的问题”。 - 大卫惠勒（第）

通过使用 BitArray，您可以添加一个间接层，该层抽象了如何管理位以及生成和操作每个位的值的详细信息。这通常是一件好事，值得鼓励；它创建了更干净、更优雅、更易于阅读的代码。

但是，当您需要做一些复杂的事情时会发生什么，而 BitArray 不允许您做（或者很难做）？到那时，你的设计就“过于抽象”了；抽象级别阻止您做您想做的事情，因为它们“简化”了太多。这是一个用更少的抽象进行重构的信号，在这种情况下使用按位运算符需要更多的关注和理解，但基本上会对一组位执行任何可能的操作。

简而言之，使用 BitArray 来解决你的问题，直到使用 BitArray 成为它自己的问题为止。不用担心没有 BitArray 你要做什么；可以担心“是否以及何时”有必要。只是不要忘记如何使用按位运算符，或者它们的存在。

Answer 4

将 Marc Gravel 的回复从评论迁移到答案：

[...] 在我能想到的几乎所有常见场景中，操作员方法都是首选。我唯一一次查看 BitArray 是当我需要一组

任意大

的标志时，其中 a: 非常罕见，而 b: 通过简单的字节数组或 int 数组来实现是微不足道的无论如何 – 马克·格拉维尔 2012 年 9 月 13 日 15:41