Битовые поля в C #

Question

Итак, битовые поля. В частности, большие битовые поля. Я понимаю, как манипулировать отдельными значениями в битовом поле, но как бы я делал это на большом наборе, например, скажем:

uint[] bitfield = new uint[4] { 0x0080000, 0x00FA3020, 0x00C8000, 0x0FF00D0 };

Конкретная проблема, с которой я столкнулся, - это сдвиги влево и вправо, которые пронизывают весь массив. Так, например, если бы я сделал >> 4 в массиве выше, я бы в итоге получил:

uint[4] { 0x0008000, 0x000FA302, 0x000C800, 0x00FF00D };

Теперь (чрезмерно) упрощенный алгоритм здесь может выглядеть примерно так (это я пишу код на лету):

int shift = 4;
for (int i = 0; i <= shift; i++) {
    for (int j = bitfield.GetUpperBound(0); j > 0; j--) {
        bitfield[j] = bitfield[j] >> 1;
        bitfield[j] = bitfield[j] + ((bitfield[j-1] & 1) << (sizeof(uint)*8));
    }
    bitfield[0] = bitfield[0] >> 1;
}

Есть ли что-то встроенное, что может облегчить работу с данными такого рода?

Answer 1

С чего вы взяли, что BitArray использует bools для внутреннего использования? Он использует логические значения для представления битов в терминах API, но я считаю, что под капотом он использует int [].

Answer 2

Я не уверен, что это лучший способ сделать это, но это может сработать (ограничение сдвигов должно быть в диапазоне 0-31.

    public static void ShiftLeft(uint[] bitfield, int shift) {

        if(shift < 0 || shift > 31) {
            // handle error here
            return;
        }

        int len = bitfield.Length;
        int i = len - 1;
        uint prev = 0;

        while(i >= 0) {
            uint tmp        = bitfield[i];
            bitfield[i] = bitfield[i] << shift;
            if(i < len - 1) {
                bitfield[i] |= (uint)(prev & (1 >> shift) - 1 ) >> (32 - shift);
            }
            prev = tmp;

            i--;
        }

    }

    public static void ShiftRight(uint[] bitfield, int shift) {

        if(shift < 0 || shift > 31) {
            // handle error here
            return;
        }
        int len = bitfield.Length;
        int i = 0;
        uint prev = 0;

        while(i < len) {
            uint tmp        = bitfield[i];
            bitfield[i] = bitfield[i] >> shift;
            if(i > 0) {
                bitfield[i] |= (uint)(prev & (1 << shift) - 1 ) << (32 - shift);
            }
            prev = tmp;

            i++;
        }

    }

PD: с этим изменением вы сможете обрабатывать сдвиги, превышающие 31 бит. Может быть изменен, чтобы он выглядел немного менее уродливо, но в моих тестах это работает, и это не кажется слишком плохим с точки зрения производительности (разве что есть что-то встроенное для обработки больших наборов битов, что может иметь место).

    public static void ShiftLeft(uint[] bitfield, int shift) {

        if(shift < 0) {
            // error
            return;
        } 

        int intsShift = shift >> 5;

        if(intsShift > 0) {
            if(intsShift > bitfield.Length) {
                // error
                return;
            }

            for(int j=0;j < bitfield.Length;j++) {
                if(j > intsShift + 1) {     
                    bitfield[j] = 0;
                } else {
                    bitfield[j] = bitfield[j+intsShift];
                }
            }

            BitSetUtils.ShiftLeft(bitfield,shift - intsShift * 32);
            return;
        }

        int len = bitfield.Length;
        int i = len - 1;
        uint prev = 0;

        while(i >= 0) {
            uint tmp    = bitfield[i];
            bitfield[i] = bitfield[i] << shift;
            if(i < len - 1) {
                bitfield[i] |= (uint)(prev & (1 >> shift) - 1 ) >> (32 - shift);
            }
            prev = tmp;

            i--;
        }

    }

    public static void ShiftRight(uint[] bitfield, int shift) {

        if(shift < 0) {
            // error
            return;
        } 

        int intsShift = shift >> 5;

        if(intsShift > 0) {
            if(intsShift > bitfield.Length) {
                // error
                return;
            }

            for(int j=bitfield.Length-1;j >= 0;j--) {
                if(j >= intsShift) {        
                    bitfield[j] = bitfield[j-intsShift];
                } else {
                    bitfield[j] = 0;
                }
            }

            BitSetUtils.ShiftRight(bitfield,shift - intsShift * 32);
            return;
        }


        int len = bitfield.Length;
        int i = 0;
        uint prev = 0;

        while(i < len) {
            uint tmp    = bitfield[i];
            bitfield[i] = bitfield[i] >> shift;
            if(i > 0) {
                bitfield[i] |= (uint)(prev & (1 << shift) - 1 ) << (32 - shift);
            }
            prev = tmp;

            i++;
        }

    }

Answer 3

Это не касается конкретно смещения, но может быть полезно для работы с большими наборами. Это в C, но я думаю, что это может быть легко адаптировано к C #

Есть ли практическое ограничение на размер битовых масок?

Answer 4

Используя методы расширения, вы можете сделать это:

public static class BitArrayExtensions
{
    public static void DownShift(this BitArray bitArray, int places)
    {
        for (var i = 0; i < bitArray.Length; i++)
        {
            bitArray[i] = i + places < bitArray.Length && bitArray[i + places];
        }
    }

    public static void UpShift(this BitArray bitArray, int places)
    {
        for (var i = bitArray.Length - 1; i >= 0; i--)
        {
            bitArray[i] = i - places >= 0 && bitArray[i - places];
        }
    }
}

К сожалению, я не смог придумать способ перегрузки операторов сдвига. (Главным образом потому, что BitArray запечатан.)

Если вы намереваетесь манипулировать int с или uint с, вы можете создать методы расширения для вставки / извлечения битов из BitArray. (У BitArray есть конструктор, который принимает массив int s, но это только уводит вас.)