如何在C中創建最小有效位設置爲1的掩碼

Question

有人可以向我解釋這個函數嗎？

設置爲1

實施例的至少顯著n位的掩模：

N = 6 - >值爲0x2F，N = 17 - > 0x1FFFF //我沒有得到這些在所有，特別是如何n = 6 - > 0x2F

此外，什麼是面具？

Answer 1

通常的做法是取一個1，並將其左移n位。這會給你類似於：00100000。然後從中減去一個，這將清除已設置的位，並設置所有不重要的位，因此在這種情況下，我們會得到：00011111。

掩碼通常用於按位操作，特別是and。您可以使用上面的掩碼自行獲取5個最不重要的位，與其他可能存在的其他位相隔離。在處理硬件時，這種情況尤其常見，硬件通常會有一個硬件寄存器，其中的硬件寄存器中的位代表許多完全獨立的，不相關的數量和/或標誌。

Answer 2

我相信你的第一個例子應該是0x3f。

0x3f爲這是在二進制111111數63十六進制表示，以使得最後的6位（最低顯著6個比特）被設置爲1。

以下小C程序將計算出正確的掩模：

#include <stdarg.h> 
#include <stdio.h> 

int mask_for_n_bits(int n) 
{ 
    int mask = 0; 

    for (int i = 0; i < n; ++i) 
     mask |= 1 << i; 

    return mask; 
} 

int main (int argc, char const *argv[]) 
{ 
    printf("6: 0x%x\n17: 0x%x\n", mask_for_n_bits(6), mask_for_n_bits(17)); 
    return 0; 
} 

Answer 3

0x2F是二進制0010 1111 - 這應該是0x3f，這在二進制0011 1111並具有設定的6個最低-顯著位。

類似地，0x1FFFF是二進制的0001 1111 1111 1111 1111，其具有設置的17個最低有效位。

「掩模」是旨在與另一值進行組合使用按位操作者像&，|或^個別地設定，取消設置，在該另一值翻轉或離開不變的位的值。

例如，如果您使用的&運營商一定的價值n結合面具0x2F，結果將在所有零，但至少6位顯著，和那些6位將從值n複製不變。

對於&掩碼，掩碼中的二進制0表示「無條件地將結果位設置爲0」，而1表示「將結果位設置爲輸入值位」。對於|掩模，在掩模中的0設置結果位到輸入比特和1無條件地將結果位1，以及用於^掩模，一個0設置結果位到輸入比特和1設置結果位到輸入位的補碼。

Answer 4

掩碼是一個整數值的通用術語，它與另一個整數值進行按位，與或與異或等操作。

例如，如果要提取int變量的8個最低有效位數，請執行variable & 0xFF。 0xFF是一個掩碼。

同樣，如果你想設置位0和8，你做variable | 0x101，其中0x101是一個掩碼。

或者如果你想反轉相同的位，你可以做variable^0x101，其中0x101是一個掩碼。

要爲您的案例生成一個掩碼，您應該利用簡單的數學事實，如果您將1添加到掩碼（掩碼將其所有最低有效位設置爲1，其餘爲0），則會得到一個值是2的冪。因此，如果你生成2的最接近的冪，那麼你可以從它減去1來獲得掩碼。

的2正極權力在C.

與左移 <<操作者容易產生

因此，1 << n產量2 ^Ñ。在二進制中它是10 ... 0與n 0s。

(1 << n) - 1會產生設置爲1

現在n最低位的面具，你需要提防左移溢出。在C（和C++）中，不能合法地將變量左移多個位的位置，因此如果整數是32位，則1<<32結果爲undefined behavior。也應該避免帶符號的整數溢出，所以你應該使用無符號的值，例如1u << 31。

Answer 5

對於正確性和性能而言，由於在現代x86處理器（特別是BLSMSK）中出現BMI指令，因此在2012年要求回答此問題的最佳方法已經發生了變化。

下面是解決這個問題的好方法，同時保持與舊處理器的向後兼容性。

該方法是正確的，而當前的最佳答案會在邊緣情況下產生未定義的行爲。

當允許使用BMI指令進行優化時，Clang和GCC會將gen_mask（）簡化爲兩個操作。隨着支持硬件，一定要添加的編譯器標誌爲BMI說明： -mbmi -mbmi2

#include <inttypes.h> 
#include <stdio.h> 

uint64_t gen_mask(const uint_fast8_t msb) { 
    const uint64_t src = (uint64_t)1 << msb; 
    return (src - 1)^src; 
} 

int main() { 
    uint_fast8_t msb; 
    for (msb = 0; msb < 64; ++msb) { 
    printf("%016" PRIx64 "\n", gen_mask(msb)); 
    } 
    return 0; 
}