如何设置、清除和切换单个位？

要解决试图形成掩码时的常见编码陷阱，请执行以下操作：1并不总是足够宽

当数字的类型大于1时会出现什么问题？x对于移位1<<x可能太大，导致未定义的行为（UB）。即使x不太大，~也可能无法翻转足够多的最高有效位。

// assume 32 bit int/unsigned
unsigned long long number = foo();

unsigned x = 40; 
number |= (1 << x);  // UB
number ^= (1 << x);  // UB
number &= ~(1 << x); // UB

x = 10;
number &= ~(1 << x); // Wrong mask, not wide enough

要确保1足够宽：

代码可以使用1ull或pedatically（uintmax_t）1并让编译器进行优化。

number |= (1ull << x);
number |= ((uintmax_t)1 << x);

或铸造-这使得编码/审查/维护问题保持铸造正确和最新。

number |= (type_of_number)1 << x;

或者通过强制一个至少与数字类型一样宽的数学运算来温和地推广1。

number |= (number*0 + 1) << x;

与大多数位操作一样，最好使用无符号类型而不是有符号类型

从snip-c.zip的bitops.h：

/*
**  Bit set, clear, and test operations
**
**  public domain snippet by Bob Stout
*/

typedef enum {ERROR = -1, FALSE, TRUE} LOGICAL;

#define BOOL(x) (!(!(x)))

#define BitSet(arg,posn) ((arg) | (1L << (posn)))
#define BitClr(arg,posn) ((arg) & ~(1L << (posn)))
#define BitTst(arg,posn) BOOL((arg) & (1L << (posn)))
#define BitFlp(arg,posn) ((arg) ^ (1L << (posn)))

好的，让我们分析一下。。。

在所有这些问题中，您似乎遇到的常见表达是“（1L<<（posn））”。所有这些都是创建一个带有单个位的掩码并且可以与任何整数类型一起工作。“posn”参数指定把钻头放在你想要的位置。如果posn==0，则此表达式将评估为：

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 binary.

如果posn==8，它将评估为：

0000 0000 0000 0000 0000 0001 0000 0000 binary.

换句话说，它只需在指定的位置唯一棘手的部分是我们需要设置的BitClr（）宏1字段中的单个0位。这是通过使用1与颚化符（~）运算符表示的表达式相同的补码。

一旦创建了掩码，它将按照您的建议应用于参数，使用按位和（&）、或（|）和xor（^）运算符。自从面具类型为long，宏将在char、short、int、，或长的。

底线是，这是一个通用的解决方案问题。当然，重写相当于每次使用显式掩码值的任何宏需要一个，但为什么要这样做？请记住，宏替换发生在因此生成的代码将反映以下事实：被编译器认为是常量，即使用起来同样有效每当你需要做的时候，通用宏都会“重新发明轮子”比特操作。

不服气？下面是一些测试代码-我使用了Watcom C，并进行了全面优化并且不使用_cdecl，因此生成的反汇编将与可能：

----[测试.C]----------------------------------------------------------------

#define BOOL(x) (!(!(x)))

#define BitSet(arg,posn) ((arg) | (1L << (posn)))
#define BitClr(arg,posn) ((arg) & ~(1L << (posn)))
#define BitTst(arg,posn) BOOL((arg) & (1L << (posn)))
#define BitFlp(arg,posn) ((arg) ^ (1L << (posn)))

int bitmanip(int word)
{
      word = BitSet(word, 2);
      word = BitSet(word, 7);
      word = BitClr(word, 3);
      word = BitFlp(word, 9);
      return word;
}

----[测试输出（拆卸）]-----------------------------------------------

Module: C:\BINK\tst.c
Group: 'DGROUP' CONST,CONST2,_DATA,_BSS

Segment: _TEXT  BYTE   00000008 bytes  
 0000  0c 84             bitmanip_       or      al,84H    ; set bits 2 and 7
 0002  80 f4 02                          xor     ah,02H    ; flip bit 9 of EAX (bit 1 of AH)
 0005  24 f7                             and     al,0f7H
 0007  c3                                ret     

No disassembly errors

----[完成]-----------------------------------------------------------------

比特场方法在嵌入式领域还有其他优势。您可以定义直接映射到特定硬件寄存器中的位的结构。

struct HwRegister {
    unsigned int errorFlag:1;  // one-bit flag field
    unsigned int Mode:3;       // three-bit mode field
    unsigned int StatusCode:4;  // four-bit status code
};

struct HwRegister CR3342_AReg;

您需要注意位打包顺序-我认为它首先是MSB，但这可能取决于实现。此外，验证编译器处理程序字段如何跨越字节边界。

然后，您可以像以前一样读取、写入和测试各个值。

检查任意类型变量中任意位置的位：

#define bit_test(x, y)  ( ( ((const char*)&(x))[(y)>>3] & 0x80 >> ((y)&0x07)) >> (7-((y)&0x07) ) )

示例用法：

int main(void)
{
    unsigned char arr[8] = { 0x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x89, 0xAB, 0xCD, 0xEF };

    for (int ix = 0; ix < 64; ++ix)
        printf("bit %d is %d\n", ix, bit_test(arr, ix));

    return 0;
}

笔记：这是设计为快速（考虑到其灵活性）和非分支。当编译Sun Studio 8时，它会产生高效的SPARC机器代码；我还在amd64上使用MSVC++2008测试了它。可以制作类似的宏来设置和清除位。与其他解决方案相比，此解决方案的关键区别在于它适用于几乎任何类型的变量中的任何位置。

这是我最喜欢的位算术宏，它适用于从无符号字符到size_t的任何类型的无符号整数数组（这是应该有效使用的最大类型）：

#define BITOP(a,b,op) \
 ((a)[(size_t)(b)/(8*sizeof *(a))] op ((size_t)1<<((size_t)(b)%(8*sizeof *(a)))))

要设置位：

BITOP(array, bit, |=);

要清除一点：

BITOP(array, bit, &=~);

要切换一位，请执行以下操作：

BITOP(array, bit, ^=);

要测试一点：

if (BITOP(array, bit, &)) ...

etc.

展开位集答案：

#include <iostream>
#include <bitset>
#include <string>

using namespace std;
int main() {
  bitset<8> byte(std::string("10010011");

  // Set Bit
  byte.set(3); // 10010111

  // Clear Bit
  byte.reset(2); // 10010101

  // Toggle Bit
  byte.flip(7); // 00010101

  cout << byte << endl;

  return 0;
}