详解Java如何利用位操作符创建位掩码

目录

• 位掩码
• 举个例子
• 编码
• 解码
• 提取一个比特
• 第一比特
• 任意位置的位
• 提取多个比特
• 应用一个比特掩码
• 总结

在本文中，我们来看看如何使用位操作符实现低级别的位掩码。我们将看到我们如何将一个单一的int变量作为一个单独的数据容器。

位掩码

位掩码允许我们在一个数字变量中存储多个值。我们不再把这个变量看作一个整数，而是把它的每一个比特当作一个独立的值。

因为一个比特可以等于 0 或 1，我们也可以把它看成是 false 或 true 。我们也可以把一组比特切开，把它们当作一个较小的数字变量甚至是一个String。

举个例子

假设我们有一个最小的内存空间，并且需要在一个int变量中存储所有关于用户账户的信息。前八位（来自32个可用位）将存储boolean信息，如 "该账户是否激活？"或 "该账户是否溢价？"

至于剩下的24位，我们将把它们转换成三个字符，作为用户的标识符。

编码

我们的用户将有一个标识符 "AAA"，他将有一个活跃的高级账户（存储在前两个比特）。在二进制表示中，它将看起来像。

String stringRepresentation = "01000001010000010100000100000011";

使用内置的Integer#parseUnsignedInt方法，可以很容易地将其编码为一个int变量。

int intRepresentation = Integer.parseUnsignedInt(stringRepresentation, 2);
assertEquals(intRepresentation, 1094795523);

解码

这个过程也可以用 Integer#toBinaryString 方法来反转。

String binaryString = Integer.toBinaryString(intRepresentation);
String stringRepresentation = padWithZeros(binaryString);
assertEquals(stringRepresentation, "01000001010000010100000100000011");

提取一个比特

第一比特

如果我们想检查我们账户变量的第一位，我们只需要使用顺位 and 运算符和数字 1 作为掩码。因为数字 1在二进制形式中只有第一位被设置为1，其余的都是0，它将从我们的变量中删除所有的位，只留下第一个完整的位。

10000010100000101000001000000011
00000000000000000000000000000001
-------------------------------- &
00000000000000000000000000000001

然后我们需要检查产生的值是否不等于零。

intRepresentation & 1 != 0

任意位置的位

如果我们想检查其他的位，我们需要创建一个适当的掩码，这个掩码需要在给定的位置上有一个位设置为1，其余的设置为0。最简单的方法是对我们已有的掩码进行移位。

1 << (position - 1)

上面这行代码的位置变量设置为3，将把我们的掩码从 00000000000000000000000000000001 变成

00000000000000000000000000000100

因此，现在，比特方程将看起来像这样。

10000010100000101000001000000011
00000000000000000000000000000100
-------------------------------- &
00000000000000000000000000000000

把所有这些放在一起，我们可以写一个方法来提取给定位置上的单个比特。

private boolean extractValueAtPosition(int intRepresentation, int position) {
    return ((intRepresentation) & (1 << (position - 1))) != 0;
}

为了达到同样的效果，我们也可以将intRepresentation变量向相反方向移动，而不是改变掩码。

提取多个比特

我们可以用类似的方法从一个整数中提取多个比特。让我们提取我们的用户帐户变量的最后三个字节，并将其转换为一个字符串。首先，我们需要通过将变量向右移动来摆脱前八位的影响。

int lastThreeBites = intRepresentation >> 8;
String stringRepresentation = getStringRepresentation(lastThreeBites);
assertEquals(stringRepresentation, "00000000010000010100000101000001");

我们仍然有32位，因为int总是有32位。然而，现在我们只对前24位感兴趣，其余的都是零，会很容易被忽略。我们创建的int变量可以很容易地用作整数ID，但是因为我们想有一个字符串ID，所以我们还有一个步骤要做。

我们将把二进制的字符串表示法分成8个字符的组，把它们解析成char变量，然后把它们连接成一个最终的String。

为了方便起见，我们还将忽略空字节。

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();

应用一个比特掩码

我们也可以创建一个掩码来同时检查许多位，而不是提取和检查单个位的值。我们想检查我们的用户是否有一个活跃的高级账户，所以他的变量的前两个比特都设置为1。

我们可以用以前的方法分别检查它们，但创建一个掩码来选择它们，会更快。

int user = Integer.parseUnsignedInt("00000000010000010100000101000001", 2);
int mask = Integer.parseUnsignedInt("00000000000000000000000000000011", 2);
int masked = user & mask;

因为我们的用户有一个活跃的账户，但它不是高级账户，所以被屏蔽的值将只有第一个比特被设置为1。

assertEquals(getStringRepresentation(masked), "00000000000000000000000000000001");

现在，我们可以轻松而廉价地断言一个用户是否符合我们的条件。

assertFalse((user & mask) == mask);

总结

在本教程中，我们学习了如何使用位运算符来创建位掩码，并应用它们来从整数中提取二进制信息。

到此这篇关于详解Java如何利用位操作符创建位掩码的文章就介绍到这了,更多相关Java位操作符创建位掩码内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！