c - 什么是位掩码？

Question

我对 C 编程相当陌生，我遇到了位掩码。有人可以向我解释位掩码的一般概念和功能吗？非常感谢示例。

Answer 1

掩码定义要保留哪些位，以及要清除哪些位。

掩码是将掩码应用于值的行为。这是通过执行以下操作来完成的：

• 按位与运算以提取值中的位子集
• 按位或运算以设置值中的位子集
• 按位异或，以切换值中的位子集

下面是一个提取值中位子集的示例：

Mask:   00001111b
Value:  01010101b

将掩码应用于值意味着我们要清除前（高）4 位，并保留最后（低）4 位。因此，我们提取了低 4 位。结果是：

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

屏蔽是使用 AND 实现的，所以在 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。我们为此使用两个运算符&， 和>>(右移)。这就是我们如何从 32 位整数中提取四个字节的方法：

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，您可以切换上述运算符的顺序，您可以先执行掩码，然后执行移位。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

掩蔽意味着保留/更改/删除所需的信息部分。让我们看一个图像屏蔽操作；就像-这个遮罩操作正在去除任何不是皮肤的东西-

在这个例子中，我们正在做AND操作。还有其他掩码运算符- OR，XOR。

---

位掩码意味着对位施加掩码。这是一个带有AND的位掩码-

     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，只剩下中间的 4 位（因为这些位1在此掩码中）。

让我们用XOR来看看-

     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，中间的 4 位被翻转（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 [示例]。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;
}

这个函数告诉一个整数是奇数还是偶数。我们可以使用位掩码更高效地实现相同的结果-

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

简短说明：如果二进制数的最低有效位1是奇数；因为0它会是平的。因此，通过与我们进行AND操作，1我们将删除除最低有效位之外的所有其他位，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]