Qu'est-ce que le masquage de bits ?

Question

Je suis assez nouveau dans la programmation en C, et j'ai rencontré le masquage de bits. Quelqu'un peut-il m'expliquer le concept général et la fonction du masquage de bits ? Des exemples seraient les bienvenus.

Answer 1

Un masque définit les bits que vous souhaitez conserver et ceux que vous souhaitez effacer.

Le masquage est l'action d'appliquer un masque à une valeur. Ceci est accompli en faisant :

• L'association ET par bit afin d'extraire un sous-ensemble de bits dans la valeur.
• L'opération OU par bit afin de définir un sous-ensemble de bits dans la valeur.
• XOR par bit afin de faire basculer un sous-ensemble de bits dans la valeur.

Vous trouverez ci-dessous un exemple d'extraction d'un sous-ensemble de bits dans la valeur :

Mask:   00001111b
Value:  01010101b

Appliquer le masque à la valeur signifie que nous voulons effacer les 4 premiers bits (supérieurs) et conserver les 4 derniers bits (inférieurs). Nous avons donc extrait les 4 bits inférieurs. Le résultat est le suivant :

Mask:   00001111b
Value:  01010101b
Result: 00000101b

Le masquage est mis en œuvre en utilisant AND, donc en C on obtient :

uint8_t stuff(...) {
  uint8_t mask = 0x0f;   // 00001111b
  uint8_t value = 0x55;  // 01010101b
  return mask & value;
}

Voici un cas d'utilisation assez courant : Extraire des octets individuels d'un mot plus grand. Nous définissons les bits de poids fort du mot comme le premier octet. Nous utilisons deux opérateurs pour cela, & y >> (à droite). C'est ainsi que nous pouvons extraire les quatre octets d'un entier de 32 bits :

void more_stuff(uint32_t value) {             // Example value: 0x01020304
    uint32_t byte1 = (value >> 24);           // 0x01020304 >> 24 is 0x01 so
                                              // no masking is necessary
    uint32_t byte2 = (value >> 16) & 0xff;    // 0x01020304 >> 16 is 0x0102 so
                                              // we must mask to get 0x02
    uint32_t byte3 = (value >> 8)  & 0xff;    // 0x01020304 >> 8 is 0x010203 so
                                              // we must mask to get 0x03
    uint32_t byte4 = value & 0xff;            // here we only mask, no shifting
                                              // is necessary
    ...
}

Remarquez que vous pouvez inverser l'ordre des opérateurs ci-dessus, vous pouvez d'abord faire le masque, puis le décalage. Les résultats sont les mêmes, mais vous devez maintenant utiliser un masque différent :

uint32_t byte3 = (value & 0xff00) >> 8;

Answer 2

Masquage signifie conserver/modifier/supprimer une partie souhaitée de l'information. Voyons une opération de masquage d'image ; par exemple, cette opération de masquage supprime tout ce qui n'est pas de la peau

Nous faisons ET dans cet exemple. Il existe également d'autres opérateurs de masquage - OU , XOR .

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Masquage de bits signifie imposer un masque sur les bits. Voici un masquage de bits avec ET -

     1 1 1 0 1 1 0 1   [input]
(&)  0 0 1 1 1 1 0 0    [mask]
------------------------------
     0 0 1 0 1 1 0 0  [output]

Donc, seuls les 4 bits du milieu (car ces bits sont 1 dans ce masque) restent.

Voyons cela avec XOR -

     1 1 1 0 1 1 0 1   [input]
(^)  0 0 1 1 1 1 0 0    [mask]
------------------------------
     1 1 0 1 0 0 0 1  [output]

Maintenant, les 4 bits du milieu sont inversés ( 1 est devenu 0 , 0 est devenu 1 ).

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Donc, en utilisant le masque de bit, nous pouvons accéder aux bits individuels [ exemples ]. Parfois, cette technique peut également être utilisée pour améliorer les performances. Prenons l'exemple suivant.

bool isOdd(int i) {
    return i%2;
}

Cette fonction indique si un nombre entier est pair ou impair. Nous pouvons obtenir le même résultat avec plus d'efficacité en utilisant la fonction bit-mask-

bool isOdd(int i) {
    return i&1;
}

Explication succincte : Si le bit le moins significatif d'un nombre binaire est 1 alors elle est impaire ; pour 0 il sera égal. Donc, en faisant ET con 1 nous supprimons tous les autres bits sauf le bit le moins significatif, c'est-à-dire.. :

     55  ->  0 0 1 1 0 1 1 1   [input]
(&)   1  ->  0 0 0 0 0 0 0 1    [mask]
---------------------------------------
      1  <-  0 0 0 0 0 0 0 1  [output]