位操作 - 如何使用 C 替换位域中的位而不影响其他位

Question

我想替换 32/64 位数据字段中的位/位（多个），而不会影响其他位。例如：

我有一个 64 位寄存器，其中位 5 和 6 可以取值 0、1、2 和 3。

5:6
---
0 0
0 1
1 0
1 1

现在，当我阅读寄存器时，我得到的值0x146（0001 0 10 0 0110）。现在我想将位位置 5 和 6 的值更改为 01。（现在它是 10，十进制为 2，我想将其替换为 1 e 01）而不会影响其他位并写回寄存器，只修改了位 5 和 6（所以它变成 126 更改后）。

我尝试这样做：

reg_data = 0x146
reg_data |= 1 << shift   // In this case, 'shift' is 5

如果我这样做，位位置 5 和 6 的值将变为 11 （0x3），而不是我想要的 01 （0x1）。

• 如何进行读取、修改和写入？
• 如何使用 C 仅替换 32/64 位字段中的某些位/位，而不会影响字段的整个数据？

设置一点是可以的，但不止一点，我发现它有点困难。

Answer 1

使用位掩码。这有点像：

new_value = 0, 1, 2 or 3  // (this is the value you will set in)
bit_mask = (3<<5)         // (mask of the bits you want to set)
reg_data = (reg_data & (~bit_mask)) | (new_value<<5)

这保留了新位中的旧位和 OR。

Answer 2

reg_data &= ~( (1 << shift1) | (1 << shift2) );
reg_data |= ( (1 << shift1) | (1 << shift2) );

第一行清除 （shift1， shift2） 处的两个位，第二行设置它们。

Answer 3

这是一个通用过程，它作用于长数组，将其视为长位域，并单独处理每个位位置：

#define set_bit(arr,x) ((arr[(x)>>3]) |= (0x01 << ((x) & 0x07)))
#define clear_bit(arr,x) (arr[(x)>>3] &= ~(0x01 << ((x) & 0x07)))
#define get_bit(arr,x) (((arr[(x)>>3]) & (0x01 << ((x) & 0x07))) != 0)

它只是获取索引，使用索引的下三位来标识 char 数组每个位置内的八个不同位位置，以及上部余数位地址，数组位置由 x 表示的位出现在其中。

要设置位，您需要将目标字与另一个字 OR 或，其中 1 位于该特定位位置，0 在所有其他与目标位置。其他位置的所有 0 确保目标中的现有 1 与 OR 期间相同，特定位置的 1 确保目标在该位置获得 1。如果我们有 mask = 0x02 = 00000010（1 字节），那么我们可以 OR 这个到任何单词来设置该位位置：

target = 1 0 1 1 0 1 0 0
OR       + + + + + + + +
mask     0 0 0 0 0 0 1 0
         ---------------
answer   1 0 1 1 0 1 1 0

要清除位，您需要将目标字与另一个字一起使用，该特定位位置为 0，总共为 1。所有其他位位置中的所有 1 确保在 AND 期间，目标保留其 0 和 1，因为它们在这些位置，并且要清除的位位置中的 0 也会在目标字中设置该位位置 0。如果我们有相同的掩码 = 0x02，那么我们可以准备这个掩码以通过 ~mask 清除：

mask  = 0 0 0 0 0 0 1 0
~mask = 1 1 1 1 1 1 0 1
AND     . . . . . . . .
target  1 0 1 1 0 1 1 0
        ---------------
answer  1 0 1 1 0 1 0 0

Answer 4

1. 对位域应用掩码以保留不想更改的位。这也将清除您将要更改的部分。

2. 确保您有一个仅包含要设置/清除的位的位域。

3. 使用 or 运算符来"或"两个位域，或者只是简单地添加它们。

例如，如果您只想根据 0 到 15 的输入更改位 2 到 5。

byte newVal = (byte)value & 0x0F;
newVal = (byte)value << 2;
oldVal = oldVal & 0xC3;
oldVal = oldval + newVal;

Answer 5

问题是关于如何在 C 中实现它，但由于所有对"替换位"的搜索都指向这里，我将在 VB.NET 中提供我的实现。

它已经过单元测试。对于那些想知道ToBinaryString扩展是什么样子的人：Convert.ToString(value,2)

''' <summary>
''' Replace the bits in the enumValue with the bits in the bits parameter, starting from the position that corresponds to 2 to the power of the position parameter.
''' </summary>
''' <param name="enumValue">The integer value to place the bits in.</param>
''' <param name="bits">The bits to place. It must be smaller or equal to 2 to the power of the position parameter.</param>
'''<param name="length">The number of bits that the bits should replace.</param>
''' <param name="position">The exponent of 2 where the bits must be placed.</param>
''' <returns></returns>
''' <remarks></remarks>'
<Extension>
Public Function PlaceBits(enumValue As Integer, bits As Integer, length As Integer, position As Integer) As Integer
    If position > 31 Then
        Throw New ArgumentOutOfRangeException(String.Format("The position {0} is out of range for a 32 bit integer.",
                                                            position))
    End If
    Dim positionToPlace = 2 << position
    If bits > positionToPlace Then
        Throw New ArgumentOutOfRangeException(String.Format("The bits {0} must be smaler than or equal to {1}.",
                                                            bits, positionToPlace))
    End If
    'Create  a bitmask (a series of ones for the bits to retain and a series of zeroes for bits to discard).'
    Dim mask As Integer = (1 << length) - 1
    'Use for debugging.'
    'Dim maskAsBinaryString = mask.ToBinaryString'
    'Shift the mask to left to the desired position'
    Dim leftShift = position - length + 1
    mask <<= leftShift
    'Use for debugging.'
    'Dim shiftedMaskAsBinaryString = mask.ToBinaryString'
    'Shift the bits to left to the desired position.'
    Dim shiftedBits = bits << leftShift
    'Use for debugging.'
    'Dim shiftedBitsAsBinaryString = shiftedBits.ToBinaryString'
    'First clear (And Not) the bits to replace, then set (Or) them.'
    Dim result = (enumValue And Not mask) Or shiftedBits
    'Use for debugging.'
    'Dim resultAsBinaryString = result.ToBinaryString'
    Return result
End Function

Answer 6

你需要一次做一点。使用 or，就像您当前所做的那样，将位设置为 1，然后使用以下方法将某些内容设置为 0：

reg_data &= ~ (1 << shift)

Answer 7

您可以将此动态逻辑用于任意位数和任意位字段。

基本上，您在数字位序列中有三个部分 -

MSB_SIDE |CHANGED_PART |LSB_SIDE

CHANGED_PART可以向上移动到极端的MSB或LSB侧。

替换多个位的步骤如下 -

1. 仅取MSB_SIDE部分，并将所有剩余位替换为 0。

2. 通过在特定位置添加所需的位序列来更新新的位序列。

3. 使用原始位序列的LSB_SIDE更新整个位序列。

    org_no = 0x53513C;
    upd_no = 0x333;
    start_pos = 0x6, bit_len = 0xA;
    temp_no = 0x0;
    temp_no = org_no & (0xFFFFFFFF << (bit_len + start_pos));  // This is step 1
    temp_no |= upd_no << start_pos;  // This is step 2
    org_no = temp_no | (org_no & ~(0xFFFFFFFF << start_pos));  // This is step 3`
   

注意：使用 0xFFFFFFFF 的掩码被视为 32 位。您可以根据需要进行相应的更改。