C#中的位操作：BitVector32结构

http://www.cnblogs.com/mgen/archive/2011/06/25/2090265.htmlNET(C#)中的位操作：BitVector32结构

BitVector32结构体位于System.Collections.Specialized命名空间内，相对.NET中另外一个位容器BitArray，他的优点是速度快，占用空间小，并可以存储小数字。他内部用一个32位的整数来存储数据，因此只能存储32位的比特数据。

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温习位操作

在看BitVector32前，温习一下简单的位操作还是很有必要的，常见的位操作无非就是与（AND），或（OR），非（NOT）。一般情况下，将一位设置成1就是把这个为或1的操作，将一位设置成0就是把这个位与0的操作。同时或0，与1结果不变。

这样的话，比如一个8位的数据：

0000 1111

我们想把第二个0设置成1，那么把他和下面这个数进行或操作：

0100 0000

结果就是

0100 1111

第二位变成了1

还是这个数

0000 1111

如果想把最后一个1设置成0，那么把他和下面这个数进行与操作

1111 1110

结果就是

0000 1110

那么我们可以这样总结一下：

想要操作一个位，我们把其他位设置成0，把这个位设置成1，这个数就是所谓的位掩码（也称位屏蔽，MSDN里用的是位屏蔽）

那么如果想打开一个位（就是把这个位设置成1）：源数据 = 源数据 OR 位掩码

如果想关掉一个位（就是把这个位设置成0）：源数据 = 源数据 AND 位掩码取反

(位掩码取反就是非（NOT）操作：0变成1，1变成0  )

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BitVector32的位操作

了解了基本位操作BitVector32的理解就会简单多了。

首先BitVector32本质上用一个32位的数来表示数据，那么初始化BitVector32结构时必须制定一个最初值，用户可以传入一个int或者另一个已经存在的BitVector32来构造一个新的BitVector32.

BitVector32的Data属性返回一个int用来表示内部数据，如果用来显示BitVector32的内容，这个Data是没有意义的，因为他是十进制化的结果，这时候用BitVector32的ToString方法就可以返回有用的文字说明。

BitVector32 bits = new BitVector32(0xF);

//初始化BitVector32：设置低4位为1  0x 00 00 00 00 00 00 00 0F

Console.WriteLine(bits.Data);

//（十六进制）0xF 等于 （二进制）1111 等于 （十进制）15 所以输出15

Console.WriteLine(bits.ToString());

//输出：BitVector32{00000000000000000000000000001111} （看得出来：后四位是1）

接下来就是最重要的位操作了。

BitVector32结构体提供索引器（Indexer）可以直接通过bool对象操作BitVector32结构，索引器参数是int，这个int可不是指第几位的意思（BitArray中的索引器是第几位），而是需要一个位掩码（位屏蔽），通过这个BitVector32通过这个位掩码来操作内部比特位，来看看Reflector下BitVector32索引器的源码

struct BitVector32

{

//data 就是 BitVector32的Data属性的对应字段

public bool this[int bit]

{

get

{

return ((this.data & bit) == ((ulong)bit));

//通过数据和掩码的与操作，来将其他位清0，保留掩码的设置位

//如果操作后的结果等于掩码，很显然这是操作位就是1，返回true

//否则的话，返回false

}

set

{

if (value)

{

this.data |= (uint)bit;

//数据 = 数据 OR 掩码，将指定位设置成1

}

else

{

this.data &= (uint)~bit;

//数据 = 数据 AND 掩码取反，将指定位设置成0

//C# 取反位操作运算符：~

}

}

}

}

上面代码我加了注释，可以看到，BitVector32的位操作就是利用普通位掩码的操作。

好了那么用BitVector32索引器操作其实就是定义好位掩码，接着取回信息或者赋值就可以了。

//注意using System.Collections.Specialized;

int mask1 = 1;

//掩码代表最后一位：二进制表示：0...0001

int mask2 = 4;

//掩码代表倒数第三位：二进制表示：0...0000100

BitVector32 bits = new BitVector32(-1);

//-1补码：1...1111

//设置BitVector32全部为1

Console.WriteLine(bits);

Console.WriteLine("设置最后一位和倒数第三位位0");

bits[mask1] = bits[mask2] = false;

Console.WriteLine(bits);

Console.WriteLine("设置倒数第三位为1");

bits[mask2] = true;

Console.WriteLine(bits);

输出：

BitVector32{11111111111111111111111111111111}

设置最后一位和倒数第三位位0

BitVector32{11111111111111111111111111111010}

设置倒数第三位为1

BitVector32{11111111111111111111111111111110}

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CreateMask方法

BitVector还有一个CreateMask方法，他的作用就是方便用户定义位掩码。

CreateMask(无参数)：返回第一个位（最低位）的位掩码，那么就是0…00001，十进制的话就是1

CreareMask(int)：首先判断一直位掩码的合法性，并返回向左移1位的结果。

参考CreateMask的源代码：

public static int CreateMask(int previous)

{

if (previous == 0)

{

return 1;

}

if (previous == -2147483648) //这个数等于Int32.MinValue 二进制是100...0，无法再向左移位，因此异常

{

throw new InvalidOperationException(SR.GetString("BitVectorFull"));

//抛出异常

}

return (previous << 1); //向左移1位

}

当然如果你掌握了上述位操作和位掩码的概念，我个人感觉CreateMask有点多此一举呵呵，我们就直接用MSDN的例子（我改了改注释）

// 初始化BitVector32：全部0

BitVector32 myBV = new BitVector32(0);

// 创建最低位的掩码，然后陆续创建倒数第二位，倒数第三位……倒数第五位的掩码

int myBit1 = BitVector32.CreateMask();

int myBit2 = BitVector32.CreateMask(myBit1);

int myBit3 = BitVector32.CreateMask(myBit2);

int myBit4 = BitVector32.CreateMask(myBit3);

int myBit5 = BitVector32.CreateMask(myBit4);

Console.WriteLine("最初值:               \t{0}", myBV.ToString());

// 设置倒数第三位为1

myBV[myBit3] = true;

Console.WriteLine("myBit3 = TRUE          \t{0}", myBV.ToString());

// 将掩码加起来，同时设置两个位

myBV[myBit4 + myBit5] = true;

Console.WriteLine("myBit4 + myBit5 = TRUE \t{0}", myBV.ToString());

myBV[myBit1 | myBit2] = true;

Console.WriteLine("myBit1 | myBit2 = TRUE \t{0}", myBV.ToString());

输出：

最初值:                 BitVector32{00000000000000000000000000000000}

myBit3 = TRUE           BitVector32{00000000000000000000000000000100}

myBit4 + myBit5 = TRUE  BitVector32{00000000000000000000000000011100}

myBit1 | myBit2 = TRUE  BitVector32{00000000000000000000000000011111}

如果你手动输出上面例子中的myBit1-5的值，其实就是我们上面讲到的倒数一到五位的掩码值。

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使用BitVector32.Section来存储小整数

BitVector32的最后一项功能就是存储小整数，这种情景很不常见，可能会用在存储空间极低的设备上。打个比方就是：比如你存3个数，一个在0-10之内，剩下两个在0-300之内。其实一般情况下，我们用3个int存就可以。如果省空间的话，用一个byte，两个short。如果还想省空间的话，用一个int存就可以，那么这个时侯，就需要BitVector32.

使用BitVector32的静态方法CreateSection返回一个BitVector32.Section结构体。CreateSection需要一个int来指定所存区域的最大整数值（注意只能存0-这个最大值），BitVector32会根据这个最大值来分配所占位长度。接着后续CreateSection函数的调用必须传入之前的Section，因为Section的创建是建立在前面Section没有占用的空闲位。

同时，BitVector32还拥有另一个重载的索引器专门针对Section来进行操作。

代码示例：

//初始化全部0

BitVector32 bits = new BitVector32(0);

//创建Section

BitVector32.Section sec1 = BitVector32.CreateSection(10);

BitVector32.Section sec2 = BitVector32.CreateSection(300, sec1);

BitVector32.Section sec3 = BitVector32.CreateSection(300, sec2);

//设置每一个Section，注意值要在定义范围之内

bits[sec1] = 9;

bits[sec2] = 123;

bits[sec3] = 289;

Console.WriteLine("Section 1值：{0}", bits[sec1]);

Console.WriteLine("Section 2值：{0}", bits[sec2]);

Console.WriteLine("Section 3值：{0}", bits[sec3]);

//来看看32位的空间用的怎么样

Console.WriteLine(bits);

/*

* 这句输出：BitVector32{00000000001001000010011110111001}

* 前面还有很多0，那么应该还可以存一些数据，果然省空间啊，呵呵

* */

输出：

Section 1值：9

Section 2值：123

Section 3值：289

BitVector32{00000000001001000010011110111001}

作者：Mgen
出处：www.cnblogs.com/mgen

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