有人能解释一下这个bitMask代码是如何工作的吗？

Question

这是我的搭档想出的代码，但出于某种原因，我无法联系到他，问他应该如何工作。我已经经历过很多次了，似乎无法得到我应该得到的答案。

/**
 * bitMask - Generate a mask consisting of all 1's 
 *   lowbit and highbit
 *   Examples: bitMask(5,3) = 0x38
 *   Assume 0 <= lowbit <= 31, and 0 <= highbit <= 31
 *   If lowbit > highbit, then mask should be all 0's
 *   Legal ops: ! ~ & ^ | + << >>
 */
int bitMask(int highbit, int lowbit) {
   int i = ~0;
   return ~(i << highbit << 1) & (i << lowbit);
}

Answer 1

这个函数实际上是不正确的:对于highbit和lowbit的大值，它可能有实现特定的行为，甚至是未定义的行为。它应该使用并返回unsigned类型：

unsigned bitMask(int highbit, int lowbit) {
    unsigned i = ~0U;
    return ~(i << highbit << 1) & (i << lowbit);
}

以下是几个步骤：

• i = ~0U;将i设置为所有位1。
• i << highbit将这些位移到左边，在低阶位中插入highbit 0位。
• i << highbit << 1为多一个0位腾出了空间。我们不应该将这个表达式简化为i << (highbit + 1)，因为如果highbit + 1变得更大或等于i类型中的位数，就定义了这样的位移位。
• ~(i << highbit << 1)对此掩码进行了补充，创建了一个highbit + 1位的掩码，该掩码设置在低阶位置，0设置为较高的位。
• i << lowbit创建一个具有lowbit 0位和1在较高位置的掩码。
• ~(i << highbit << 1) & (i << lowbit)计算这两个掩码的交集，结果从位号lowbit到位数highbit包含1位，将0中的位编号为最小有效位。

例子：

• bitMask(31, 0) -> 0xFFFFFFFF.
• bitMask(0, 0) -> 0x00000001.
• bitMask(31, 16) -> 0xFFFF0000.
• bitMask(15, 0) -> 0x0000FFFF.

这种编号方法用于硬件规范。我个人更喜欢一种不同的方法，即指定要跳过的位数和要设置的位数，这更符合位字段规范：

unsigned bitSpec(int start, int len) {
    return (~0U >> (32 - len)) << start;
}

同样的例子：

• bitSpec(0, 32) -> 0xFFFFFFFF.
• bitSpec(0, 1) -> 0x00000001.
• bitSpec(16, 16) -> 0xFFFF0000.
• bitSpec(0, 16) -> 0x0000FFFF.

Answer 2

在您的情况下，考虑到您的函数中包含的描述，该函数正在执行您似乎希望它做的事情。主要问题是您使用的是int而不是unsigned int。这将导致符号扩展的问题。(更不用说C中签署的轮班缺乏定义)。

向unsigned的简单转换将显示它正在按您的预期操作：

简短的例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

unsigned int bitMask (unsigned int highbit, unsigned int lowbit) {
    unsigned int i = ~0;
    return ~(i << highbit << 1) & (i << lowbit);
}

char *binstr (unsigned long n, unsigned char sz, unsigned char szs, char sep) {

    static char s[128 + 1] = {0};
    char *p = s + 128;
    unsigned char i;

    for (i = 0; i < sz; i++) {
        p--;
        if (i > 0 && szs > 0 && i % szs == 0)
            *p-- = sep;
        *p = (n >> i & 1) ? '1' : '0';
    }

    return p;
}

int main (int argc, char **argv) {

    unsigned high = argc > 1 ? (unsigned)strtoul (argv[1], NULL, 10) : 5;
    unsigned low  = argc > 2 ? (unsigned)strtoul (argv[2], NULL, 10) : 3;

    printf ("%s\n", binstr (bitMask (high, low), 32, 8, '-'));

    return 0;
}

输出

$ ./bin/bitmask
00000000-00000000-00000000-00111000

$ ./bin/bitmask 10 3
00000000-00000000-00000111-11111000

$ ./bin/bitmask 31 5
11111111-11111111-11111111-11100000

$ ./bin/bitmask 4 8
00000000-00000000-00000000-00000000