《嵌入式Linux与物联网软件开发——C语言内核深度解析》一2.4 位运算构建特定二进制数-阿里云开发者社区

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《嵌入式Linux与物联网软件开发——C语言内核深度解析》一2.4 位运算构建特定二进制数

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本节书摘来自异步社区《嵌入式Linux与物联网软件开发——C语言内核深度解析》一书中的第2章,第2.4节,作者朱有鹏 , 张先凤,更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

2.4 位运算构建特定二进制数

由前面可知,对寄存器特定位进行置1、清零或者取反,关键点在于要事先构建一个特别的数,这个数和原来的值进行位与、位或、位异或操作,即可达到我们对寄存器操作的要求。

自己去算这个数,显然既费时又费脑,虽然依托工具也可以算出来,但缺点就是不直观。如0X0003803A这个数谁能一下报出转换为二进制后为多少?太难了。既然如此,我们完全可以使用位运算(位与、位或、取反等等)快速地构建我们需要的操作数。

2.4.1 使用移位获取特定位为1的二进制数

最简单的就是用移位来获取一个特定位为1的二进制数。如我们需要一个bit3~bit7为1(隐含意思就是其他位全部为0)的二进制数。

我们可以用计算器或者直接用脑子去想。

这个数便是0b11111000 = 0xf8,而这个数并不容易一下就能想出来。

我们来利用二进制构造。

分析bit3~bit7为1,则该数是由5(7-3+1)个二进制的1构成的,只不过是从bit3开始连续排布的,所以我们就想构造一个从bit0开始连续排布的5个二进制1,左移3位即可实现。而这个数很容易就可以想出来,它就是0x1f,现在对这个数左移3位(0x1f << 3 )是不是就实现了呢。

也许,这个对比还不是很明显,我们再来看一个例子:获取bit3~bit7为1,同时bit23~bit25为1,其余位为0的数。

这个时候你用脑子去想是不是开始觉得头大了。

好了,你可以用笔或者计算器算下。这个数是0b0000 0011 1000 0000 0000 0000 1111 1000 = 0x038000f8。

我们来利用二进制构造。

bit3~bit7:以bit0为基准构造结果为0x1f。

bit23~bit25:以bit0为基准构造结果为0x07。

开始移位相或:(0x1f<<3) | (0x07<<23)

对比:假如要用C语言定义该数,如下所示。

int a = 0x038000f8; 
int a = (0x1f<<3) | (0x07<<23);

很显然,第二个可读性和可塑性提高了很多!

2.4.2 结合位取反获取特定位为0的二进制数

这次我们要获取bit4~bit10为0(该数总共32bit),其余位全部为1的数。有了上面的思维之后,想想该怎么做?我想如果你有了上面的思维后,相信聪明的你已经知道解法了吧。

分析:bit4~bit10为0,说明bit31~bit11都为1,bit3~bit0也都为1。
   bit31~bit11:以bit0为基准构造结果为0x1fffff。
   bit3~bit0:以bit0为基准构造结果为0x0f。

所以,结果是(0x1fffff<<11) | (0x0f<<0)。

但是,你有没有发现采用这种方法并没有什么太大的优势。连续为1的位数太多了,这个数字本身就很难构造,所以这种方法的优势损失掉了。这种特定位(比较少)为0而其余位(大部分)为1的数,不适合用很多个连续1左移的方式来构造,而适合左移加位取反的方式来构造。

思路:先试图构造出这个数的反码,再取反得到这个数。例如本例中要构造的数bit4~bit10为0,其余位为1,那我们就先构造一个bit4~bit10为1,其余位为0的数,然后对这个数按位取反即可。

· 构造该数的反码
bit4~bit10为0的数。其反码为bit4~bit10为1,其余bit为0,这个就很容易构造,就是0x7f<<4。

· 对其取反
对其构造的反码进行取反:~(0x7f<<4)。

对比:对该数用C语言定义,效果很明显。

int a = 0x1fffff<<11) | (0x0f<<0);
int a = ~(0x7f<<4);

2.4.3 总结

位与、位或结合特定二进制数,即可完成寄存器位操作需求。

如果你要的这个数中比较少位为1,大部分位为0,则可以通过连续很多个1左移n位得到。

如果你想要的数中比较少位为0,大部分位为1,则可以通过先构建其位反码,然后再位取反来得到。

如果你想要的数中连续1(连续0)的部分不止一个,那么可以通过多段分别构造,然后再彼此位或即可。这时候因为参与位或运算的各个数为1的位是不重复的,所以这时候的位或其实相当于几个数的叠加。

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