设置ushort中的位范围

Question

假设我有一个ushort值，我想设置位1到4(假设0是LSB，15是MSB)。

在C++中，您可以定义一个映射出特定位的结构：

struct KibblesNBits
{
   unsigned short int TheStart: 1;
   unsigned short int TheMeat:  4;
   unsigned short int TheRest: 11;
}

然后你可以直接给'TheMeat‘赋值。我希望在C#中做一些类似的事情。理想情况下，我希望函数定义看起来像这样：

public ModValue SetRange<ModValue, RangeValue>(ModValue valueToMod, int startIndex, int endIndex, RangeValue rangeValueToAssign)

它还需要验证rangeValueToAssign没有超过最大大小(假设从0到最大的值是无符号的)。因此，如果范围是从1到4，这是4位，范围将是从0到15。如果它超出这些限制，则抛出异常。

我在BitConverter类中找不到任何可以这样做的东西。我能想到的最好的方法是使用manaul移位运算符。有没有更好的方法来做这件事？

编辑:非通用版本可能如下所示：

  public static ushort SetRange(ushort valueToMod, int startIndex, int endIndex, ushort rangeValueToAssign)
  {
     // Determine max value
     ushort max_value = Convert.ToUInt16(Math.Pow(2.0, (endIndex - startIndex) + 1.0) - 1);
     if(rangeValueToAssign > max_value) throw new Exception("Value To Large For Range");
     // Shift the value and add it to the orignal (effect of setting range?)
     ushort value_to_add = (ushort)(rangeValueToAssign << startIndex);
     return (ushort)(valueToMod + value_to_add);
  }

其中：

ushort new_val = SetRange(120, 1, 2, 3);

将导致'new_val‘被设置为126。

Answer 1

这里的固定类型回答帮助我得到了最初要求的通用解决方案。这是最终的代码(带有getter奖励)。

/// <summary>Gets the bit array value from the specified range in a bit vector.</summary>
/// <typeparam name="T">The type of the bit vector. Must be of type <see cref="IConvertible"/>.</typeparam>
/// <param name="bits">The bit vector.</param>
/// <param name="startIdx">The zero-based start index of the bit range to get.</param>
/// <param name="count">The number of sequential bits to fetch starting at <paramref name="startIdx"/>.</param>
/// <returns>The value of the requested bit range.</returns>
public static T GetBits<T>(T bits, byte startIdx, byte count) where T : IConvertible
{
    if (startIdx >= (Marshal.SizeOf(typeof(T)) * 8)) throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(startIdx));
    if (count + startIdx > (Marshal.SizeOf(typeof(T)) * 8)) throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(count));
    return (T)Convert.ChangeType((bits.ToInt64(null) >> startIdx) & ((1 << count) - 1), typeof(T));
}

/// <summary>Sets the bit values at the specified range in a bit vector.</summary>
/// <typeparam name="T">The type of the bit vector. Must be of type <see cref="IConvertible"/>.</typeparam>
/// <typeparam name="TValue">The type of the value. Must be of type <see cref="IConvertible"/>.</typeparam>
/// <param name="bits">The bit vector.</param>
/// <param name="startIdx">The zero-based start index of the bit range to set.</param>
/// <param name="count">The number of sequential bits to set starting at <paramref name="startIdx"/>.</param>
/// <param name="value">The value to set within the specified range of <paramref name="bits"/>.</param>
public static void SetBits<T, TValue>(ref T bits, byte startIdx, byte count, TValue value) where T : IConvertible where TValue : IConvertible
{
    if (startIdx >= (Marshal.SizeOf(typeof(T)) * 8)) throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(startIdx));
    if (count + startIdx > (Marshal.SizeOf(typeof(T)) * 8)) throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(count));
    var val = value.ToInt64(null);
    if (val >= (1 << count)) throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(value));
    bits = (T)Convert.ChangeType(bits.ToInt64(null) & ~(((1 << count) - 1) << startIdx) | (val << startIdx), typeof(T));
}

Answer 2

public static int SetRange(int num, int from, int to, int value)
{
    if (from < 0 || from > to || to >= 32) throw new ArgumentException("from/to are not valid");
    if (value >= (2 << (to - from)) && (to - from < 31)) throw new ArgumentException("value is too large");
    return num & ~(((2 << to) - 1) - ((1 << from) - 1)) | (value << from);
}

没有for循环或Math.Pow (它非常慢，比Sin/Cos等慢得多)。

至于泛型-对不起，那是行不通的。在C# (或.NET)中没有numbers的基类型，所以这是不可能的。看起来您正在尝试使用泛型，比如C++中的模板函数-不要被相似的外观所蒙蔽；它们是完全不同的。

如果你必须有不同的类型，我建议使用重载。

public static int SetRange(int num, int from, int to, int value)
{
    if (from < 0 || from > to || to >= 32) throw new ArgumentException("from/to are not valid");
    if (value >= (2 << (to - from)) && (to - from < 31)) throw new ArgumentException("value is too large");
    return num & ~(((2 << to) - 1) - ((1 << from) - 1)) | (value << from);
}

public static ushort SetRange(ushort num, int from, int to, ushort value)
{
    if (from < 0 || from > to || to >= 16) throw new ArgumentException("from/to are not valid");
    if (value >= (2 << (to - from))) throw new ArgumentException("value is too large");
    return (ushort) (num & ~(((2 << to) - 1) - ((1 << from) - 1)) | (value << from));
}

但是，在C#中，只使用int (如果需要，也可以使用long )可能更合适。

Answer 3

如果您需要这种类型的访问，可以考虑使用BitVector32或BitArray，或者熟悉按位运算。您可以在C#中对结构进行显式布局(导致联合)，但我不认为这对您有好处。它主要针对互操作场景。

对于info，按位运算符主要在uint/int/ulong/long上工作-而不是更小的整数类型。