Bitvis operation i VB.NET

VB.NET stöder inte bitnivåoperationer direkt. Framework 1.1 (VB.NET 2003) introducerade bitskiftoperatörer (<< och >>), men inget generellt sätt att manipulera enskilda bitar är tillgängligt. Bitoperationer kan vara mycket användbar. Till exempel kan ditt program behöva gränssnitt med ett annat system som kräver bitmanipulation. Men dessutom finns det många trick som kan göras med hjälp av enskilda bitar. Den här artikeln undersöker vad som kan göras med bitmanipulation med VB.NET.

Du måste förstå bitvisa operatörer innan något annat. I VB.NET är dessa:

Bitvis betyder helt enkelt att operationerna kan utföras på två binära nummer bit för bit. Microsoft använder sanningstabeller för att dokumentera bitvisa operationer. Sanningstabellen för Och är:

1: a bit 2: a bitresultat
1 1 1
1 0 0
0 1 0
0 0 0

I min skola undervisade de Karnaugh kartor istället. Karnaugh-kartan för alla fyra operationerna visas i bilden nedan.

Klicka här för att visa bilden
Klicka på knappen Tillbaka i webbläsaren för att återgå

Här är ett enkelt exempel med hjälp av Och operation med två, fyra bitars binära nummer:

Resultatet av 1100 Och 1010 är 1000.

Det beror på 1 Och 1 är 1 (den första biten) och resten är 0.

Till att börja med, låt oss ta en titt på de bitoperationer som är stöds direkt i VB.NET: lite skiftande. Även om både vänster- och högerväxling finns tillgängliga fungerar de på samma sätt så att endast vänsterväxling diskuteras. Bitförskjutning används oftast inom kryptografi, bildbehandling och kommunikation.

VB.NET: s bitskiftande operationer ...

• Arbeta bara med de fyra typerna av heltal: byte, Kort, Heltal, och Lång
• är aritmetisk skiftoperationer. Det betyder att bitar som flyttas förbi slutet av resultatet kastas bort, och bitpositionerna som öppnas i den andra änden är inställda på noll. Alternativet kallas cirkulär bitskiftning och bitarna skiftade förbi ena änden läggs helt enkelt till den andra. VB.NET stöder inte cirkulär bitskiftning direkt. Om du behöver det måste du koda det på gammaldags sätt: multiplicera eller dela med 2.
• Generera aldrig ett överflödeavvik. VB.NET tar hand om eventuella problem och jag visar dig vad det betyder. Som nämnts kan du koda din egen bitskiftning genom att multiplicera eller dela med 2, men om du använder "kod ditt eget" tillvägagångssätt, måste du testa för översvämningsundantag som kan göra att ditt program gör det krascha.

En vanlig bitskiftande operation skulle se ut så här:

Dim StartValue Som heltal = 14913080
Dim ValueAfterShifting som heltal
ValueAfterShifting = StartValue << 50

I ord tar denna operation det binära värdet 0000 0000 1110 0011 1000 1110 0011 1000 (14913080 är motsvarande decimalvärde - märk att det bara är en serie med 3 0 och 3 1 som upprepas några gånger) och flyttar 50 platser kvar. Men eftersom ett heltal bara är 32 bitar långt är det meningslöst att flytta 50 platser. VB.NET löser detta problem med maskering skifträkningen med ett standardvärde som matchar den datatyp som används. I detta fall, ValueAfterShifting är en Heltal så det maximala som kan växlas är 32 bitar. Standardmaskvärdet som fungerar är 31 decimaler eller 11111.

maskering betyder att värdet, i detta fall 50, är Oched med masken. Detta ger det maximala antalet bitar som faktiskt kan flyttas för den datatypen.

I decimal:

50 och 31 är 18 - Det maximala antalet bitar som kan flyttas

Det är faktiskt mer meningsfullt i binär. De höga ordningsbitarna som inte kan användas för växlingsoperationen är helt enkelt borttagna.

110010 Och 11111 är 10010

När kodavsnittet körs är resultatet 954204160 eller, i binär, 0011 1000 1110 0000 0000 0000 0000 0000. De 18 bitarna på vänster sida av det första binära talet skiftas av och de 14 bitarna på höger sida flyttas åt vänster.

Det andra stora problemet med att växla bitar är vad som händer när antalet platser att växla är ett negativt antal. Låt oss använda -50 som antalet bitar för att växla och se vad som händer.

ValueAfterShifting = Startvärde << -50

När det här kodavsnittet körs får vi -477233152 eller 1110 0011 1000 1110 0000 0000 0000 0000 i binär. Antalet har förskjutits 14 platser kvar. Varför 14? VB.NET antar att antalet platser är ett osignerat heltal och gör ett Och operation med samma mask (31 för heltal).

1111 1111 1111 1111 1111 1111 1100 1110
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111
(Och)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1110

1110 i binär är 14 decimaler. Lägg märke till att detta är motsatsen till att flytta positiva 50 platser.

På nästa sida går vi vidare till andra bitoperationer från och med Xor-kryptering!

Jag nämnde att en användning av bitoperationer är kryptering. Xor-kryptering är ett populärt och enkelt sätt att "kryptera" en fil. I min artikel, Very Simple Encryption using VB.NET, visar jag dig ett bättre sätt att använda strängmanipulation istället. Men Xor-kryptering är så vanligt att den förtjänar att åtminstone förklaras.

Kryptering av en textsträng betyder att översätta den till en annan textsträng som inte har en uppenbar relation till den första. Du behöver också ett sätt att dekryptera det igen. Xor-kryptering översätter den binära ASCII-koden för varje tecken i strängen till ett annat tecken med Xor-operationen. För att göra denna översättning behöver du ett annat nummer för att använda i Xor. Detta andra nummer kallas nyckeln.

Xor-kryptering kallas en "symmetrisk algoritm". Det betyder att vi också kan använda krypteringsnyckeln som dekrypteringsnyckel.

Låt oss använda "A" som nyckel och kryptera ordet "Basic". ASCII-koden för "A" är:

0100 0001 (decimal 25)

ASCII-koden för Basic är:

B - 0100 0010
a - 0110 0001
s - 0111 0011
i - 0110 1001
c - 0110 0011

De Xor av var och en av dessa är:

0000 0011 - decimal 3
0010 0000 - decimal 32
0011 0010 - decimal 50
0010 1000 - decimal 40
0010 0010 - decimal 34

Denna lilla rutin gör susen:

- Xor-kryptering -
Dim i som kort
Result. Text = ""
Dim KeyChar som heltal
KeyChar = Asc (EncryptionKey. Text)
För i = 1 till Len (InputString. Text)
Result. Text & = _
Chr (KeyChar Xor _
Asc (Mid (InputString) Text, i, 1)))
Nästa

Resultatet kan ses i denna illustration:

Klicka här för att visa bilden
Klicka på knappen Tillbaka i webbläsaren för att återgå

För att vända krypteringen, kopiera och klistra in strängen från Result TextBox tillbaka i String TextBox och klicka på knappen igen.

Ett annat exempel på något du kan göra med bitvisa operatörer är att byta två heltal utan att deklarera en tredje variabel för tillfällig lagring. Detta är den typen de brukade göra i samlingsspråkprogram för år sedan. Det är inte så användbart nu, men du kan vinna en satsning en dag om du kan hitta någon som inte tror att du kan göra det. I alla fall om du fortfarande har frågor om hur Xor fungerar, genom att arbeta igenom detta bör få dem att vila. Här är koden:

Dim FirstInt Som heltal
Dim SecondInt som heltal
FirstInt = CInt (FirstIntBox. Text)
SecondInt = CInt (SecondIntBox. Text)
FirstInt = FirstInt Xor SecondInt
SecondInt = FirstInt Xor SecondInt
FirstInt = FirstInt Xor SecondInt
ResultBox. Text = "Första heltalet:" & _
FirstInt. Att stränga & " - " & _
"Andra heltal:" & _
SecondInt. Att stränga

Och här är koden i aktion:

Klicka här för att visa bilden
Klicka på knappen Tillbaka i webbläsaren för att återgå

Att räkna ut exakt varför detta fungerar kommer att lämnas som "som en övning för eleven".

På nästa sida når vi målet: Allmän bitmanipulation

Även om dessa trick är roliga och lärorika, är de fortfarande ingen ersättning för allmän bitmanipulation. Om du verkligen kommer ner till nivån på bitar är det du vill ha ett sätt att undersöka enskilda bitar, ställa in dem eller ändra dem. Det är den verkliga koden som saknas i .NET.

Kanske orsaken till att det saknas är att det inte är så svårt att skriva subroutiner som åstadkommer samma sak.

Ett typiskt skäl till att du kanske vill göra detta är att upprätthålla det som ibland kallas a flagga byte. Vissa applikationer, särskilt de som skrivs på språk på låg nivå som assembler, kommer att bibehålla åtta booleska flaggor i en enda byte. Till exempel har ett 6502-processorchips statusregister denna information i en enda 8-bitarsbyte:

Bit 7. Negativ flagga
Bit 6. Översvämningsflagga
Bit 5. Oanvänd
Bit 4. Bryt flaggan
Bit 3. Decimal flagga
Bit 2. Avbryt-inaktivera flaggan
Bit 1. Noll flagga
Bit 0. Bär flagga

(från Wikipedia)

Om din kod måste fungera med den här typen av data, behöver du bitmanipulationskod för allmänna ändamål. Den här koden gör jobbet!

ClearBit Sub rensar den 1 baserade, nionde biten
'(MyBit) av ett heltal (MyByte).
Sub ClearBit (ByRef MyByte, ByVal MyBit)
Dim BitMask As Int16
"Skapa en bitmask med 2 till n: e powerbitsuppsättningen:
BitMask = 2 ^ (MyBit - 1)
"Rensa den nionde biten:
MyByte = MyByte And Not BitMask
Avsluta under
'ExamineBit-funktionen returnerar True eller False
beroende på värdet på den 1 baserade, nth biten (MyBit)
'av ett heltal (MyByte).
Funktion ExamineBit (ByVal MyByte, ByVal MyBit) Som Boolean
Dim BitMask As Int16
BitMask = 2 ^ (MyBit - 1)
ExamineBit = ((MyByte And BitMask)> 0)
Avsluta funktion
'SetBit Sub kommer att ställa in den 1 baserade, nionde biten
'(MyBit) av ett heltal (MyByte).
Sub SetBit (ByRef MyByte, ByVal MyBit)
Dim BitMask As Int16
BitMask = 2 ^ (MyBit - 1)
MyByte = MyByte eller BitMask
Avsluta under
'ToggleBit Sub kommer att ändra tillståndet
'av den 1 baserade, nionde biten (MyBit)
'av ett heltal (MyByte).
Sub ToggleBit (ByRef MyByte, ByVal MyBit)
Dim BitMask As Int16
BitMask = 2 ^ (MyBit - 1)
MyByte = MyByte Xor BitMask
Avsluta under

För att demonstrera koden kallar den här rutinen den (parametrar som inte kodas på Click Sub):

Privat sub ExBitCode_Click (...
Dim Byte1, Byte2 Som Byte
Dim MyByte, MyBit
Dim StatusOfBit Som Boolean
Dim SelectedRB som sträng
StatusLine. Text = ""
SelectedRB = GetCheckedRadioButton (Me). Namn
Byte1 = ByteNum. Text 'Nummer som ska konverteras till bitflaggor
Byte2 = BitNum. Text 'Bit som ska växlas
Följande rensar byte av hög ordning och returnerar bara
"låg ordningsbyte:
MyByte = Byte1 Och & HFF
MyBit = Byte2
Välj Case SelectedRB
Fallet "ClearBitButton"
ClearBit (MyByte, MyBit)
StatusLine. Text = "Ny byte:" & MyByte
Fallet "ExamineBitButton"
StatusOfBit = ExamineBit (MyByte, MyBit)
StatusLine. Text = "Bit" & MyBit & _
"är" & StatusOfBit
Fodral "SetBitButton"
SetBit (MyByte, MyBit)
StatusLine. Text = "Ny byte:" & MyByte
Fallet "ToggleBitButton"
ToggleBit (MyByte, MyBit)
StatusLine. Text = "Ny byte:" & MyByte
Avsluta Välj
Avsluta under
Privat funktion GetCheckedRadioButton (_
ByVal Parent As Control) _
Som RadioButton
Dim FormControl As Control
Dim RB Som RadioButton
För varje FormControl In Parent. kontroller
Om FormControl. GetType () Är GetType (RadioButton) sedan
RB = DirectCast (FormControl, RadioButton)
Om RB.Checked returnerar sedan RB
Sluta om
Nästa
Returnera ingenting
Avsluta funktion

Koden i handling ser ut så här:

Klicka här för att visa bilden
Klicka på knappen Tillbaka i webbläsaren för att återgå