Bitové operace ve VB.NET

VB.NET nepodporuje přímo bitové operace. Framework 1.1 (VB.NET 2003) představil operátory bitového posunu (<< a >>), ale neexistuje žádný obecný způsob manipulace s jednotlivými bity. Bitové operace umět být velmi užitečný. Například váš program může mít rozhraní s jiným systémem, který vyžaduje bitovou manipulaci. Ale navíc existuje spousta triků, které lze udělat pomocí jednotlivých bitů. Tento článek zkoumá, co lze s bitovou manipulací pomocí VB.NET udělat.

Musíte to pochopit bitové operátory před čímkoli jiným. Ve VB.NET jsou to:

Bitwise jednoduše znamená, že operace mohou být prováděny na dvou binárních číslech kousek po kousku. Microsoft používá tabulky pravdy dokumentovat bitové operace. Tabulka pravdy pro A je:

1. bit 2. výsledek bitů
1 1 1
1 0 0
0 1 0
0 0 0

Ve své škole to učili Karnaugh místo toho mapy. Mapa Karnaugh pro všechny čtyři operace je zobrazena na obrázku níže.

Klepnutím sem zobrazíte obrázek
Klepnutím na tlačítko Zpět v prohlížeči se vrátíte

Zde je jednoduchý příklad použití A operace se dvěma, čtyřbitovými binárními čísly:

Výsledek 1100 A 1010 je 1000.

To proto, že 1 A 1 je 1 (první bit) a zbytek je 0.

Nejprve se podívejme na bitové operace, které jsou přímo podporováno ve VB.NET: bit řazení. Ačkoli jsou k dispozici jak levý, tak pravý posun, fungují stejným způsobem, takže bude diskutován pouze posun doleva. Bitový posun je nejčastěji používán v kryptografii, zpracování obrazu a komunikaci.

Bitové operace VB.NET ...

• Pracujte pouze se čtyřmi typy celých čísel: Byte, Krátký, Celé číslo, a Dlouho
• Jsou aritmetický operace řazení. To znamená, že bity posunuté za konec výsledku jsou odhozeny a bitové pozice otevřené na druhém konci jsou nastaveny na nulu. Alternativa se nazývá kruhové posunutí bitů a bity posunuté kolem jednoho konce se jednoduše přidají na druhý. VB.NET nepodporuje přímý přenos kruhových bitů. Pokud ji potřebujete, budete ji muset kódovat staromódním způsobem: vynásobením nebo vydělením 2.
• Nikdy nevytvářejte výjimku přetečení. VB.NET se stará o všechny možné problémy a já vám ukážu, co to znamená. Jak již bylo uvedeno, můžete vlastní kódování bitů kódovat vynásobením nebo vydělením 2, ale pokud používáte "kód svůj vlastní" přístup, musíte vyzkoušet výjimky přetečení, které mohou způsobit, že váš program pád.

Standardní operace přesunu bitů by vypadala asi takto:

Dim StartingValue As Integer = 14913080
Dim ValueAfterShifting As Integer
ValueAfterShifting = StartingValue << 50

Tato operace bere binární hodnotu 0000 0000 1110 0011 1000 1110 0011 1000 (14913080 je ekvivalentní desetinná hodnota - všimněte si, že je to jen několikrát opakovaná řada 3 0 a 3 1) a posune ji o 50 míst vlevo. Ale protože celé číslo má délku pouhých 32 bitů, posunutí o 50 míst nemá význam. VB.NET tento problém řeší maskování počet posunů se standardní hodnotou, která odpovídá použitému typu dat. V tomto případě, ValueAfterShifting je Celé číslo takže maximum, které lze přesunout, je 32 bitů. Standardní hodnota masky, která funguje, je 31 desetinných míst nebo 11111.

Maskování znamená, že hodnota, v tomto případě 50, je Aed s maskou. Tím získáte maximální počet bitů, které lze ve skutečnosti pro tento typ dat posunout.

V desetinné čárce:

50 a 31 je 18 - Maximální počet bitů, které lze posunout

Ve skutečnosti to dává větší smysl v binárních. Bity vysokého řádu, které nelze použít pro operaci řazení, jsou jednoduše odstraněny.

110010 a 11111 je 10010

Když je fragment kódu proveden, výsledkem je 954204160 nebo, binární, 0011 1000 1110 0000 0000 0000 0000 0000. 18 bitů na levé straně prvního binárního čísla je posunuto pryč a 14 bitů na pravé straně je posunuto doleva.

Dalším velkým problémem s posunováním bitů je to, co se stane, když počet míst pro posun je záporné číslo. Pojďme použít -50 jako počet bitů k posunu a uvidíme, co se stane.

ValueAfterShifting = StartingValue << -50

Po spuštění tohoto kódu kódu získáme binární číslo -477233152 nebo 1110 0011 1000 1110 0000 0000 0000 0000. Počet byl posunut o 14 míst. Proč 14? VB.NET předpokládá, že počet míst je celé číslo bez znaménka a udělá A operace se stejnou maskou (31 pro celá čísla).

1111 1111 1111 1111 1111 1111 1100 1110
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111
(A)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1110

1110 v binárním formátu je 14 desetinných míst. Všimněte si, že se jedná o opak posunu pozitivních 50 míst.

Na další stránce se přesuneme k dalším bitovým operacím, počínaje Xor Encryption!

Zmínil jsem se, že jedním z použití bitových operací je šifrování. Šifrování Xor je populární a jednoduchý způsob „šifrování“ souboru. V mém článku Velmi jednoduché šifrování pomocí VB.NET vám ukážu lepší způsob, jak místo toho použít manipulaci s řetězci. Šifrování Xor je však tak běžné, že si zaslouží alespoň vysvětlení.

Šifrování textového řetězce znamená jeho překlad do jiného textového řetězce, který nemá zjevný vztah k prvnímu. Potřebujete také způsob, jak to znovu dešifrovat. Šifrování Xor převádí binární kód ASCII pro každý znak v řetězci na jiný znak pomocí operace Xor. K provedení tohoto překladu potřebujete v Xoru jiné číslo. Toto druhé číslo se nazývá klíč.

Xor šifrování se nazývá „symetrický algoritmus“. To znamená, že můžeme použít i šifrovací klíč jako dešifrovací klíč.

Jako klíč použijeme písmeno „A“ a zašifrujeme slovo „Základní“. ASCII kód ​​pro "A" je:

0100 0001 (desetinná 65)

ASCII kód ​​pro Basic je:

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

Xor z každého z nich je:

0000 0011 - desítkové číslo 3
0010 0000 - desetinná 32
0011 0010 - desetinná 50
0010 1 000 - desetinná 40
0010 0010 - desetinná 34

Tato malá rutina dělá trik:

- Xor Encryption -
Dim i as Short
ResultString. Text = ""
Dim KeyChar jako celé číslo
KeyChar = Asc (EncryptionKey. Text)
Pro i = 1 na Len (InputString. Text)
ResultString. Text & = _
Chr (KeyChar Xnebo _
Asc (Mid (InputString. Text, i, 1)))
další

Výsledek lze vidět na tomto obrázku:

Klepnutím sem zobrazíte obrázek
Klepnutím na tlačítko Zpět v prohlížeči se vrátíte

Chcete-li šifrování vrátit, stačí zkopírovat a vložit řetězec z textového pole Výsledek zpět do textového pole String a znovu kliknout na tlačítko.

Dalším příkladem něčeho, co můžete udělat s bitovými operátory, je výměna dvou celých čísel bez deklarace třetí proměnné pro dočasné úložiště. To je to, co dělali před lety v sestavovacích jazykových programech. Teď to není příliš užitečné, ale jednou můžete vyhrát sázku, pokud najdete někoho, kdo nevěří, že to dokážete. V každém případě, pokud máte stále otázky o tom, jak Xor práce, práce skrz toto by je měla nechat odpočívat. Zde je kód:

Dim FirstInt As Integer
Dim SecondInt As Integer
FirstInt = CInt (FirstIntBox. Text)
SecondInt = CInt (SecondIntBox. Text)
FirstInt = FirstInt X nebo SecondInt
SecondInt = FirstInt Xnebo SecondInt
FirstInt = FirstInt X nebo SecondInt
ResultBox. Text = "První celé číslo:" & _
FirstInt. ToString & "-" & _
"Second Integer:" & _
SecondInt. ToString

A tady je kód v akci:

Klepnutím sem zobrazíte obrázek
Klepnutím na tlačítko Zpět v prohlížeči se vrátíte

Přesně zjistit, proč toto dílo zůstane jako „jako cvičení pro studenta“.

Na další stránce dosáhneme cíle: Obecné bitové manipulace

I když jsou tyto triky zábavné a poučné, stále nenahrazují obecnou manipulaci s bitem. Pokud se opravdu dostanete na úroveň bitů, je to způsob, jak prozkoumat jednotlivé bity, nastavit je nebo je změnit. To je skutečný kód, který v .NET chybí.

Možná důvod, proč to chybí, je, že není tak těžké psát podprogramy, které dosahují stejné věci.

Typickým důvodem, proč byste to mohli udělat, je udržovat to, co se někdy nazývá flag byte. Některé aplikace, zejména ty napsané v jazycích nízké úrovně, jako je assembler, budou udržovat osm booleovských vlajek v jednom bajtu. Například stavový registr procesního čipu 6502 uchovává tyto informace v jediném 8 bitovém bajtu:

Bit 7. Negativní vlajka
Bit 6. Přetečení příznak
Bit 5. Nepoužitý
Bit 4. Break flag
Bit 3. Desetinná vlajka
Bit 2. Přerušení-příznak příznaku
Bit 1. Nulová vlajka
Bit 0. Nést vlajku

(z Wikipedie)

Pokud váš kód musí pracovat s tímto druhem dat, potřebujete univerzální bitový manipulační kód. Tento kód bude fungovat!

'ClearBit Sub vymaže 1-tý, devátý bit
'(MyBit) celého čísla (MyByte).
Sub ClearBit (ByRef MyByte, ByVal MyBit)
Dim BitMask As Int16
'Vytvořte bitmask se sadou bitů 2 až n-té:
BitMask = 2 ^ (MyBit - 1)
„Vymažte devátý bit:
MyByte = MyByte a ne bitmask
End Sub
'Funkce ExamineBit vrátí hodnotu True nebo False
'v závislosti na hodnotě 1-tého bitu (MyBit)
'z celého čísla (MyByte).
Funkce ExamineBit (ByVal MyByte, ByVal MyBit) Jako Boolean
Dim BitMask As Int16
BitMask = 2 ^ (MyBit - 1)
ExamineBit = ((MyByte And BitMask)> 0)
Ukončit funkci
'SetBit Sub nastaví 1-tý, devátý bit
'(MyBit) celého čísla (MyByte).
Sub SetBit (ByRef MyByte, ByVal MyBit)
Dim BitMask As Int16
BitMask = 2 ^ (MyBit - 1)
MyByte = MyByte nebo BitMask
End Sub
'ToggleBit Sub změní stav
'z 1, devátého bitu (MyBit)
'z celého čísla (MyByte).
Sub ToggleBit (ByRef MyByte, ByVal MyBit)
Dim BitMask As Int16
BitMask = 2 ^ (MyBit - 1)
MyByte = MyByte Xor BitMask
End Sub

Pro demonstraci kódu ji tato rutina nazývá (parametry nekódované na Click Sub):

Private Sub ExBitCode_Click (...
Dim Byte1, Byte2 As Byte
Dim MyByte, MyBit
Dim StatusOfBit jako booleovský
Dim SelectedRB jako String
StatusLine. Text = ""
SelectedRB = GetCheckedRadioButton (Me) .Name
Byte1 = ByteNum. Text 'Číslo, které má být převedeno na bitové příznaky
Byte2 = BitNum. Text 'Bit to beggled
'Následující vymaže bajt vysokého řádu a vrátí pouze
'bajt nízkého řádu:
MyByte = Byte1 And & HFF
MyBit = Byte2
Vyberte Case SelectedRB
Případ "ClearBitButton"
ClearBit (MyByte, MyBit)
StatusLine. Text = "New Byte:" & MyByte
Případ "ExamineBitButton"
StatusOfBit = ExamineBit (MyByte, MyBit)
StatusLine. Text = "Bit" & MyBit & _
"is" & StatusOfBit
Případ "SetBitButton"
SetBit (MyByte, MyBit)
StatusLine. Text = "New Byte:" & MyByte
Případ "ToggleBitButton"
ToggleBit (MyByte, MyBit)
StatusLine. Text = "New Byte:" & MyByte
End Select
End Sub
Soukromá funkce GetCheckedRadioButton (_
ByVal rodič jako kontrola) _
Jako RadioButton
Dim FormControl jako kontrola
Dim RB jako RadioButton
Pro každý FormControl v rodiči. Řízení
Pokud FormControl. GetType () je potom GetType (RadioButton)
RB = DirectCast (FormControl, RadioButton)
Pokud RB.Zkontrolujte, pak vraťte RB
Konec If
další
Návrat Nic
Ukončit funkci

Kód v akci vypadá takto:

Klepnutím sem zobrazíte obrázek
Klepnutím na tlačítko Zpět v prohlížeči se vrátíte