詳解Java如何利用位操作符創(chuàng)建位掩碼
在本文中,我們來看看如何使用位操作符實現(xiàn)低級別的位掩碼。我們將看到我們?nèi)绾螌⒁粋€單一的int
變量作為一個單獨的數(shù)據(jù)容器。
位掩碼
位掩碼允許我們在一個數(shù)字變量中存儲多個值。我們不再把這個變量看作一個整數(shù),而是把它的每一個比特當(dāng)作一個獨立的值。
因為一個比特可以等于 0 或 1,我們也可以把它看成是 false 或 true 。我們也可以把一組比特切開,把它們當(dāng)作一個較小的數(shù)字變量甚至是一個String
。
舉個例子
假設(shè)我們有一個最小的內(nèi)存空間,并且需要在一個int
變量中存儲所有關(guān)于用戶賬戶的信息。前八位(來自32個可用位)將存儲boolean
信息,如 "該賬戶是否激活?"或 "該賬戶是否溢價?"
至于剩下的24位,我們將把它們轉(zhuǎn)換成三個字符,作為用戶的標(biāo)識符。
編碼
我們的用戶將有一個標(biāo)識符 "AAA",他將有一個活躍的高級賬戶(存儲在前兩個比特)。在二進制表示中,它將看起來像。
String?stringRepresentation?=?"01000001010000010100000100000011";
使用內(nèi)置的Integer#parseUnsignedInt
方法,可以很容易地將其編碼為一個int
變量。
int?intRepresentation?=?Integer.parseUnsignedInt(stringRepresentation,?2); assertEquals(intRepresentation,?1094795523);
解碼
這個過程也可以用 Integer#toBinaryString
方法來反轉(zhuǎn)。
String?binaryString?=?Integer.toBinaryString(intRepresentation); String?stringRepresentation?=?padWithZeros(binaryString); assertEquals(stringRepresentation,?"01000001010000010100000100000011");
提取一個比特
第一比特
如果我們想檢查我們賬戶變量的第一位,我們只需要使用順位 and
運算符和數(shù)字 1
作為掩碼。因為數(shù)字 1
在二進制形式中只有第一位被設(shè)置為1,其余的都是0,它將從我們的變量中刪除所有的位,只留下第一個完整的位。
10000010100000101000001000000011 00000000000000000000000000000001 --------------------------------?& 00000000000000000000000000000001
然后我們需要檢查產(chǎn)生的值是否不等于零。
intRepresentation?&?1?!=?0
任意位置的位
如果我們想檢查其他的位,我們需要創(chuàng)建一個適當(dāng)?shù)难诖a,這個掩碼需要在給定的位置上有一個位設(shè)置為1,其余的設(shè)置為0。最簡單的方法是對我們已有的掩碼進行移位。
1?<<?(position?-?1)
上面這行代碼的位置變量設(shè)置為3,將把我們的掩碼從 00000000000000000000000000000001
變成
00000000000000000000000000000100
因此,現(xiàn)在,比特方程將看起來像這樣。
10000010100000101000001000000011
00000000000000000000000000000100
-------------------------------- &
00000000000000000000000000000000
把所有這些放在一起,我們可以寫一個方法來提取給定位置上的單個比特。
private?boolean?extractValueAtPosition(int?intRepresentation,?int?position)?{ ????return?((intRepresentation)?&?(1?<<?(position?-?1)))?!=?0; }
為了達到同樣的效果,我們也可以將intRepresentation
變量向相反方向移動,而不是改變掩碼。
提取多個比特
我們可以用類似的方法從一個整數(shù)中提取多個比特。讓我們提取我們的用戶帳戶變量的最后三個字節(jié),并將其轉(zhuǎn)換為一個字符串。首先,我們需要通過將變量向右移動來擺脫前八位的影響。
int?lastThreeBites?=?intRepresentation?>>?8; String?stringRepresentation?=?getStringRepresentation(lastThreeBites); assertEquals(stringRepresentation,?"00000000010000010100000101000001");
我們?nèi)匀挥?2位,因為int
總是有32位。然而,現(xiàn)在我們只對前24位感興趣,其余的都是零,會很容易被忽略。我們創(chuàng)建的int
變量可以很容易地用作整數(shù)ID,但是因為我們想有一個字符串ID,所以我們還有一個步驟要做。
我們將把二進制的字符串表示法分成8個字符的組,把它們解析成char
變量,然后把它們連接成一個最終的String
。
為了方便起見,我們還將忽略空字節(jié)。
Arrays.stream(stringRepresentation.split("(?<=\\G.{8})")) ??.filter(eightBits?->?!eightBits.equals("00000000")) ??.map(eightBits?->?(char)Integer.parseInt(eightBits,?2)) ??.collect(StringBuilder::new,?StringBuilder::append,?StringBuilder::append) ??.toString();
應(yīng)用一個比特掩碼
我們也可以創(chuàng)建一個掩碼來同時檢查許多位,而不是提取和檢查單個位的值。我們想檢查我們的用戶是否有一個活躍的高級賬戶,所以他的變量的前兩個比特都設(shè)置為1。
我們可以用以前的方法分別檢查它們,但創(chuàng)建一個掩碼來選擇它們,會更快。
int?user?=?Integer.parseUnsignedInt("00000000010000010100000101000001",?2); int?mask?=?Integer.parseUnsignedInt("00000000000000000000000000000011",?2); int?masked?=?user?&?mask;
因為我們的用戶有一個活躍的賬戶,但它不是高級賬戶,所以被屏蔽的值將只有第一個比特被設(shè)置為1。
assertEquals(getStringRepresentation(masked),?"00000000000000000000000000000001");
現(xiàn)在,我們可以輕松而廉價地斷言一個用戶是否符合我們的條件。
assertFalse((user?&?mask)?==?mask);
總結(jié)
在本教程中,我們學(xué)習(xí)了如何使用位運算符來創(chuàng)建位掩碼,并應(yīng)用它們來從整數(shù)中提取二進制信息。
到此這篇關(guān)于詳解Java如何利用位操作符創(chuàng)建位掩碼的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java位操作符創(chuàng)建位掩碼內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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