C # में बिट फ़ील्ड


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मेरे पास एक संरचना है जिसे मुझे डिस्क (कई वास्तव में) को आबाद करने और लिखने की आवश्यकता है।

एक उदाहरण है:

byte-6    
bit0 - original_or_copy  
bit1 - copyright  
bit2 - data_alignment_indicator  
bit3 - PES_priority  
bit4-bit5 - PES_scrambling control.  
bit6-bit7 - reserved  

CI में निम्नलिखित की तरह कुछ कर सकते हैं:

struct PESHeader  {
    unsigned reserved:2;
    unsigned scrambling_control:2;
    unsigned priority:1;
    unsigned data_alignment_indicator:1;
    unsigned copyright:1;
    unsigned original_or_copy:1;
};

क्या सी # में ऐसा करने का कोई तरीका है जो मुझे स्ट्रक्चर डेरीफेरिंग डॉट ऑपरेटर के उपयोग से बिट्स तक पहुंचने में सक्षम करेगा?

कुछ संरचनाओं के लिए, मैं बस एक एक्सेसर फ़ंक्शन में लिपटे बिट शिफ्टिंग कर सकता हूं।

मेरे पास इस तरह से संभालने के लिए संरचनाओं का भार है, इसलिए मैं कुछ ऐसा ढूंढ रहा हूं जो पढ़ने में आसान हो और लिखने में तेज हो।

जवाबों:


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मैं शायद विशेषताओं का उपयोग करके एक साथ कुछ खटखटाऊंगा, फिर बिटफील्ड प्राइमेट के लिए उपयुक्त रूप से जिम्मेदार संरचनाओं को बदलने के लिए एक रूपांतरण वर्ग। कुछ इस तरह...

using System;

namespace BitfieldTest
{
    [global::System.AttributeUsage(AttributeTargets.Field, AllowMultiple = false)]
    sealed class BitfieldLengthAttribute : Attribute
    {
        uint length;

        public BitfieldLengthAttribute(uint length)
        {
            this.length = length;
        }

        public uint Length { get { return length; } }
    }

    static class PrimitiveConversion
    {
        public static long ToLong<T>(T t) where T : struct
        {
            long r = 0;
            int offset = 0;

            // For every field suitably attributed with a BitfieldLength
            foreach (System.Reflection.FieldInfo f in t.GetType().GetFields())
            {
                object[] attrs = f.GetCustomAttributes(typeof(BitfieldLengthAttribute), false);
                if (attrs.Length == 1)
                {
                    uint fieldLength  = ((BitfieldLengthAttribute)attrs[0]).Length;

                    // Calculate a bitmask of the desired length
                    long mask = 0;
                    for (int i = 0; i < fieldLength; i++)
                        mask |= 1 << i;

                    r |= ((UInt32)f.GetValue(t) & mask) << offset;

                    offset += (int)fieldLength;
                }
            }

            return r;
        }
    }

    struct PESHeader
    {
        [BitfieldLength(2)]
        public uint reserved;
        [BitfieldLength(2)]
        public uint scrambling_control;
        [BitfieldLength(1)]
        public uint priority;
        [BitfieldLength(1)]
        public uint data_alignment_indicator;
        [BitfieldLength(1)]
        public uint copyright;
        [BitfieldLength(1)]
        public uint original_or_copy;
    };

    public class MainClass
    {
        public static void Main(string[] args)
        {
            PESHeader p = new PESHeader();

            p.reserved = 3;
            p.scrambling_control = 2;
            p.data_alignment_indicator = 1;

            long l = PrimitiveConversion.ToLong(p);


            for (int i = 63; i >= 0; i--)
            {
                Console.Write( ((l & (1l << i)) > 0) ? "1" : "0");
            }

            Console.WriteLine();

            return;
        }
    }
}

जो अपेक्षित उत्पादन करता है ... 000101011 बेशक, इसे और अधिक एरर चेकिंग और थोड़ी सीरिंग टाइपिंग की जरूरत है, लेकिन कॉन्सेप्ट (मुझे लगता है) साउंड, रियूजेबल है, और आपको दर्जन भर आसानी से बनाए हुए स्ट्रक्चर को नॉक आउट करने देता है।

अदाम


9
नोट: प्रति MSDN, " GetFieldsविधि किसी विशेष क्रम में फ़ील्ड्स नहीं लौटाती है, जैसे कि वर्णानुक्रम या घोषणा क्रम। आपका कोड उस क्रम पर निर्भर नहीं होना चाहिए जिसमें फ़ील्ड वापस किए गए हैं, क्योंकि वह क्रम बदलता रहता है।" क्या यह यहाँ समस्या का कारण नहीं है?
केविन पी। राइस

1
यदि आप एक IBitfield'मार्कर' इंटरफ़ेस बनाते हैं (जिसमें कोई सदस्य नहीं है) तो आप PrimitiveConversionकिसी भी संरचना को लागू करने के लिए क्लास को विस्तार विधियों में बदल सकते हैं IBitfield। उदाहरण के लिए public static long ToLong(this IBitfield obj) {}:। फिर, ऑब्जेक्ट के ToLong()लिए Intellisense में विधि दिखाई देगी IBitfield
केविन पी। राइस

क्या आप 'f.SetValue (t, someValue)' का उपयोग करके प्रक्रिया को उलट सकते हैं? मैं सॉकेट ट्रांसफर के लिए बफ़र को संदेश देने के लिए पैकेट क्लास को बदलने के लिए इसका उपयोग कर रहा हूं। महान काम करता है, लेकिन मैं किसी कारण से f.SetValue () का उपयोग करके स्ट्रीम से डेटा वापस नहीं पढ़ सकता। कोई त्रुटि नहीं, बस काम नहीं करता है।
buzzard51

GetFieldsपरावर्तन कैश के कारण पुन: व्यवस्थित होने से पीड़ित हो सकते हैं, लेकिन 'मेटाडेटाटोकन' द्वारा छांटने से उस समस्या को दूर किया जा सकता है (जिसे आप एकल फ़ील्ड प्राप्त करके पुन: प्राप्त कर सकते हैं और किसी क्रम में सभी फ़ील्ड प्राप्त कर सकते हैं)।
फ़िरदा

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एक एनम का उपयोग करके आप ऐसा कर सकते हैं, लेकिन अजीब लगेगा।

[Flags]
public enum PESHeaderFlags
{
    IsCopy = 1, // implied that if not present, then it is an original
    IsCopyrighted = 2,
    IsDataAligned = 4,
    Priority = 8,
    ScramblingControlType1 = 0,
    ScramblingControlType2 = 16,
    ScramblingControlType3 = 32,
    ScramblingControlType4 = 16+32,
    ScramblingControlFlags = ScramblingControlType1 | ScramblingControlType2 | ... ype4
    etc.
}

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आप StructLayoutAttribute चाहते हैं

[StructLayout(LayoutKind.Explicit, Size=1, CharSet=CharSet.Ansi)]
public struct Foo 
{ [FieldOffset(0)]public byte original_or_copy; 
  [FieldOffset(0)]public byte copyright;
  [FieldOffset(0)]public byte data_alignment_indicator; 
  [FieldOffset(0)]public byte PES_priority; 
  [FieldOffset(0)]public byte PES_scrambling_control; 
  [FieldOffset(0)]public byte reserved; 
}

यह वास्तव में एक संघ है, लेकिन आप इसे एक बिटफील्ड के रूप में उपयोग कर सकते हैं - आपको बस सचेत रहना होगा कि बाइट में प्रत्येक क्षेत्र के लिए बिट्स कहां होना चाहिए। यूटिलिटी फ़ंक्शंस और / या स्थिरांक के खिलाफ और मदद कर सकते हैं।

const byte _original_or_copy = 1;
const byte _copyright        = 2;

//bool ooo = foo.original_or_copy();
static bool original_or_copy(this Foo foo) 
{ return  (foo.original_or_copy & _original_or_copy)  == original_or_copy;
}    

वहाँ भी LayoutKind.Sequential है जो आपको इसे C तरीके से करने की अनुमति देगा।


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जैसा कि क्रिस्टोफ लैंब्रेचेट्स ने सुझाव दिया था कि BitVector32 एक समाधान प्रदान करता है। Jitted प्रदर्शन पर्याप्त होना चाहिए, लेकिन सुनिश्चित करने के लिए पता नहीं है। यहाँ इस समाधान को दर्शाने वाला कोड है:

public struct rcSpan
{
    //C# Spec 10.4.5.1: The static field variable initializers of a class correspond to a sequence of assignments that are executed in the textual order in which they appear in the class declaration.
    internal static readonly BitVector32.Section sminSection = BitVector32.CreateSection(0x1FFF);
    internal static readonly BitVector32.Section smaxSection = BitVector32.CreateSection(0x1FFF, sminSection);
    internal static readonly BitVector32.Section areaSection = BitVector32.CreateSection(0x3F, smaxSection);

    internal BitVector32 data;

    //public uint smin : 13; 
    public uint smin
    {
        get { return (uint)data[sminSection]; }
        set { data[sminSection] = (int)value; }
    }

    //public uint smax : 13; 
    public uint smax
    {
        get { return (uint)data[smaxSection]; }
        set { data[smaxSection] = (int)value; }
    }

    //public uint area : 6; 
    public uint area
    {
        get { return (uint)data[areaSection]; }
        set { data[areaSection] = (int)value; }
    }
}

आप इस तरह से बहुत कुछ कर सकते हैं। आप हर क्षेत्र के लिए हस्तनिर्मित एक्सेसर्स प्रदान करके, BitVector32 का उपयोग किए बिना और भी बेहतर कर सकते हैं:

public struct rcSpan2
{
    internal uint data;

    //public uint smin : 13; 
    public uint smin
    {
        get { return data & 0x1FFF; }
        set { data = (data & ~0x1FFFu ) | (value & 0x1FFF); }
    }

    //public uint smax : 13; 
    public uint smax
    {
        get { return (data >> 13) & 0x1FFF; }
        set { data = (data & ~(0x1FFFu << 13)) | (value & 0x1FFF) << 13; }
    }

    //public uint area : 6; 
    public uint area
    {
        get { return (data >> 26) & 0x3F; }
        set { data = (data & ~(0x3F << 26)) | (value & 0x3F) << 26; }
    }
}

आश्चर्यजनक रूप से यह अंतिम, हस्तनिर्मित समाधान सबसे सुविधाजनक, कम से कम जटिल और सबसे छोटा लगता है। यह केवल मेरी व्यक्तिगत प्राथमिकता है।


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एक और Zbyl के जवाब के आधार पर। यह मेरे लिए बदलने के लिए थोड़ा आसान है - मुझे बस sz0, sz1 को समायोजित करना है ... और यह भी सुनिश्चित करें कि मुखौटा # और लोक # सेट / गेट ब्लॉक में सही हैं।

प्रदर्शन के लिहाज से, यह वैसा ही होना चाहिए जैसा कि दोनों ने 38 MSIL बयानों में हल किया है। (स्थिरांक समय पर हल हो जाते हैं)

public struct MyStruct
{
    internal uint raw;

    const int sz0 = 4, loc0 = 0,          mask0 = ((1 << sz0) - 1) << loc0;
    const int sz1 = 4, loc1 = loc0 + sz0, mask1 = ((1 << sz1) - 1) << loc1;
    const int sz2 = 4, loc2 = loc1 + sz1, mask2 = ((1 << sz2) - 1) << loc2;
    const int sz3 = 4, loc3 = loc2 + sz2, mask3 = ((1 << sz3) - 1) << loc3;

    public uint Item0
    {
        get { return (uint)(raw & mask0) >> loc0; }
        set { raw = (uint)(raw & ~mask0 | (value << loc0) & mask0); }
    }

    public uint Item1
    {
        get { return (uint)(raw & mask1) >> loc1; }
        set { raw = (uint)(raw & ~mask1 | (value << loc1) & mask1); }
    }

    public uint Item2
    {
        get { return (uint)(raw & mask2) >> loc2; }
        set { raw = (uint)(raw & ~mask2 | (value << loc2) & mask2); }
    }

    public uint Item3
    {
        get { return (uint)((raw & mask3) >> loc3); }
        set { raw = (uint)(raw & ~mask3 | (value << loc3) & mask3); }
    }
}

1
शानदार सेटअप। आनंद के साथ पुन: उपयोग;) मुझे पता चला कि जब बिटफील्ड "पूर्ण" है (उदाहरण के लिए सेटिंग करते समय raw=uint.MaxValue) तो मुझे अंतिम आइटम को थोड़ा बदलना होगा। या, शायद यह केवल अंतिम संपत्ति का संबंध है। निश्चित नहीं। इसलिए, आपके उदाहरण के लिए, ItemXसंपत्ति पाने वाले इस तरह दिखते हैं: get { return (uint)((Raw & Mask3) >> Loc3); }. The setter look like this: सेट {रॉ = (uint) (रॉ एंड ~ मास्क 3 | | (मान << Loc3) और मास्क 3); } `उस बदलाव के बिना अंतिम संपत्ति के लिए कास्टिंग विफल हो जाती है।
२३:३४ पर स्पाइरलिस

1
@ सर्पिलिस: ध्यान देने के लिए धन्यवाद। मैंने इसे अपडेट किया जैसे आपने कहा और यह अब बेहतर काम करता है।
सूर्यास्तक


5

हालांकि यह एक वर्ग है, इसका उपयोग BitArrayपहिया को कम से कम सुदृढ़ करने के तरीके की तरह लगता है। जब तक आप वास्तव में प्रदर्शन के लिए नहीं दबाए जाते हैं, यह सबसे सरल विकल्प है। (इंडेक्स []ऑपरेटर के साथ संदर्भित किए जा सकते हैं ।)



3

एक फ़्लैग एनम भी काम कर सकता है, मुझे लगता है, अगर आप इसे बाइट एनम बनाते हैं:

[Flags] enum PesHeaders : byte { /* ... */ }

2

मैंने एक लिखा है, इसे साझा करें, किसी की मदद कर सकते हैं:

[global::System.AttributeUsage(AttributeTargets.Field, AllowMultiple = false)]
public sealed class BitInfoAttribute : Attribute {
    byte length;
    public BitInfoAttribute(byte length) {
        this.length = length;
    }
    public byte Length { get { return length; } }
}

public abstract class BitField {

    public void parse<T>(T[] vals) {
        analysis().parse(this, ArrayConverter.convert<T, uint>(vals));
    }

    public byte[] toArray() {
        return ArrayConverter.convert<uint, byte>(analysis().toArray(this));
    }

    public T[] toArray<T>() {
        return ArrayConverter.convert<uint, T>(analysis().toArray(this));
    }

    static Dictionary<Type, BitTypeInfo> bitInfoMap = new Dictionary<Type, BitTypeInfo>();
    private BitTypeInfo analysis() {
        Type type = this.GetType();
        if (!bitInfoMap.ContainsKey(type)) {
            List<BitInfo> infos = new List<BitInfo>();

            byte dataIdx = 0, offset = 0;
            foreach (System.Reflection.FieldInfo f in type.GetFields()) {
                object[] attrs = f.GetCustomAttributes(typeof(BitInfoAttribute), false);
                if (attrs.Length == 1) {
                    byte bitLen = ((BitInfoAttribute)attrs[0]).Length;
                    if (offset + bitLen > 32) {
                        dataIdx++;
                        offset = 0;
                    }
                    infos.Add(new BitInfo(f, bitLen, dataIdx, offset));
                    offset += bitLen;
                }
            }
            bitInfoMap.Add(type, new BitTypeInfo(dataIdx + 1, infos.ToArray()));
        }
        return bitInfoMap[type];
    }
}

class BitTypeInfo {
    public int dataLen { get; private set; }
    public BitInfo[] bitInfos { get; private set; }

    public BitTypeInfo(int _dataLen, BitInfo[] _bitInfos) {
        dataLen = _dataLen;
        bitInfos = _bitInfos;
    }

    public uint[] toArray<T>(T obj) {
        uint[] datas = new uint[dataLen];
        foreach (BitInfo bif in bitInfos) {
            bif.encode(obj, datas);
        }
        return datas;
    }

    public void parse<T>(T obj, uint[] vals) {
        foreach (BitInfo bif in bitInfos) {
            bif.decode(obj, vals);
        }
    }
}

class BitInfo {

    private System.Reflection.FieldInfo field;
    private uint mask;
    private byte idx, offset, shiftA, shiftB;
    private bool isUnsigned = false;

    public BitInfo(System.Reflection.FieldInfo _field, byte _bitLen, byte _idx, byte _offset) {
        field = _field;
        mask = (uint)(((1 << _bitLen) - 1) << _offset);
        idx = _idx;
        offset = _offset;
        shiftA = (byte)(32 - _offset - _bitLen);
        shiftB = (byte)(32 - _bitLen);

        if (_field.FieldType == typeof(bool)
            || _field.FieldType == typeof(byte)
            || _field.FieldType == typeof(char)
            || _field.FieldType == typeof(uint)
            || _field.FieldType == typeof(ulong)
            || _field.FieldType == typeof(ushort)) {
            isUnsigned = true;
        }
    }

    public void encode(Object obj, uint[] datas) {
        if (isUnsigned) {
            uint val = (uint)Convert.ChangeType(field.GetValue(obj), typeof(uint));
            datas[idx] |= ((uint)(val << offset) & mask);
        } else {
            int val = (int)Convert.ChangeType(field.GetValue(obj), typeof(int));
            datas[idx] |= ((uint)(val << offset) & mask);
        }
    }

    public void decode(Object obj, uint[] datas) {
        if (isUnsigned) {
            field.SetValue(obj, Convert.ChangeType((((uint)(datas[idx] & mask)) << shiftA) >> shiftB, field.FieldType));
        } else {
            field.SetValue(obj, Convert.ChangeType((((int)(datas[idx] & mask)) << shiftA) >> shiftB, field.FieldType));
        }
    }
}

public class ArrayConverter {
    public static T[] convert<T>(uint[] val) {
        return convert<uint, T>(val);
    }

    public static T1[] convert<T0, T1>(T0[] val) {
        T1[] rt = null;
        // type is same or length is same
        // refer to http://stackoverflow.com/questions/25759878/convert-byte-to-sbyte
        if (typeof(T0) == typeof(T1)) { 
            rt = (T1[])(Array)val;
        } else {
            int len = Buffer.ByteLength(val);
            int w = typeWidth<T1>();
            if (w == 1) { // bool
                rt = new T1[len * 8];
            } else if (w == 8) {
                rt = new T1[len];
            } else { // w > 8
                int nn = w / 8;
                int len2 = (len / nn) + ((len % nn) > 0 ? 1 : 0);
                rt = new T1[len2];
            }

            Buffer.BlockCopy(val, 0, rt, 0, len);
        }
        return rt;
    }

    public static string toBinary<T>(T[] vals) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        int width = typeWidth<T>();
        int len = Buffer.ByteLength(vals);
        for (int i = len-1; i >=0; i--) {
            sb.Append(Convert.ToString(Buffer.GetByte(vals, i), 2).PadLeft(8, '0')).Append(" ");
        }
        return sb.ToString();
    }

    private static int typeWidth<T>() {
        int rt = 0;
        if (typeof(T) == typeof(bool)) { // x
            rt = 1;
        } else if (typeof(T) == typeof(byte)) { // x
            rt = 8;
        } else if (typeof(T) == typeof(sbyte)) {
            rt = 8;
        } else if (typeof(T) == typeof(ushort)) { // x
            rt = 16;
        } else if (typeof(T) == typeof(short)) {
            rt = 16;
        } else if (typeof(T) == typeof(char)) {
            rt = 16;
        } else if (typeof(T) == typeof(uint)) { // x
            rt = 32;
        } else if (typeof(T) == typeof(int)) {
            rt = 32;
        } else if (typeof(T) == typeof(float)) {
            rt = 32;
        } else if (typeof(T) == typeof(ulong)) { // x
            rt = 64;
        } else if (typeof(T) == typeof(long)) {
            rt = 64;
        } else if (typeof(T) == typeof(double)) {
            rt = 64;
        } else {
            throw new Exception("Unsupport type : " + typeof(T).Name);
        }
        return rt;
    }
}

और उपयोग:

class MyTest01 : BitField {
    [BitInfo(3)]
    public bool d0;
    [BitInfo(3)]
    public short d1;
    [BitInfo(3)]
    public int d2;
    [BitInfo(3)]
    public int d3;
    [BitInfo(3)]
    public int d4;
    [BitInfo(3)]
    public int d5;

    public MyTest01(bool _d0, short _d1, int _d2, int _d3, int _d4, int _d5) {
        d0 = _d0;
        d1 = _d1;
        d2 = _d2;
        d3 = _d3;
        d4 = _d4;
        d5 = _d5;
    }

    public MyTest01(byte[] datas) {
        parse(datas);
    }

    public new string ToString() {
        return string.Format("d0: {0}, d1: {1}, d2: {2}, d3: {3}, d4: {4}, d5: {5} \r\nbinary => {6}",
            d0, d1, d2, d3, d4, d5, ArrayConverter.toBinary(toArray()));
    }
};

class MyTest02 : BitField {
    [BitInfo(5)]
    public bool val0;
    [BitInfo(5)]
    public byte val1;
    [BitInfo(15)]
    public uint val2;
    [BitInfo(15)]
    public float val3;
    [BitInfo(15)]
    public int val4;
    [BitInfo(15)]
    public int val5;
    [BitInfo(15)]
    public int val6;

    public MyTest02(bool v0, byte v1, uint v2, float v3, int v4, int v5, int v6) {
        val0 = v0;
        val1 = v1;
        val2 = v2;
        val3 = v3;
        val4 = v4;
        val5 = v5;
        val6 = v6;
    }

    public MyTest02(byte[] datas) {
        parse(datas);
    }

    public new string ToString() {
        return string.Format("val0: {0}, val1: {1}, val2: {2}, val3: {3}, val4: {4}, val5: {5}, val6: {6}\r\nbinary => {7}",
            val0, val1, val2, val3, val4, val5, val6, ArrayConverter.toBinary(toArray()));
    }
}

public class MainClass {

    public static void Main(string[] args) {
        MyTest01 p = new MyTest01(false, 1, 2, 3, -1, -2);
        Debug.Log("P:: " + p.ToString());
        MyTest01 p2 = new MyTest01(p.toArray());
        Debug.Log("P2:: " + p2.ToString());

        MyTest02 t = new MyTest02(true, 1, 12, -1.3f, 4, -5, 100);
        Debug.Log("t:: " + t.ToString());
        MyTest02 t2 = new MyTest02(t.toArray());
        Debug.Log("t:: " + t.ToString());

        Console.Read();
        return;
    }
}

2

मैं अपने आप को इन सहायक कार्यों से काफी सहज महसूस करता हूँ:

uint SetBits(uint word, uint value, int pos, int size)
{
    uint mask = ((((uint)1) << size) - 1) << pos;
    word &= ~mask; //resettiamo le posizioni
    word |= (value << pos) & mask;
    return word;
}

uint ReadBits(uint word, int pos, int size)
{
    uint mask = ((((uint)1) << size) - 1) << pos;
    return (word & mask) >> pos;
}

फिर:

uint the_word;

public uint Itemx
{
    get { return ReadBits(the_word, 5, 2); }
    set { the_word = SetBits(the_word, value, 5, 2) }
}

सरल और आसान। मुझे इसकी ही आवश्यकता थी।
साभार
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