将多个值编码为单个 long

Question

我正在尝试在 C# 中将以下数字编码为单个 64 位长：

最多 2048（年）=> 12 位
最多 16（月）=> 6 位
最多 32（天）=> 7 位
最多 32（小时）=> 7 位
总共63位的其他值（包括之前的值）

结果数字的结构应包含具有固定位大小的编码值，以便我可以轻松对其进行解码（例如，通过从数字的第 13 位开始取 6 位来解码月份，因为前 12 位是为年份保留的） .

到目前为止，我并不经常使用按位运算，所以我有点吃力，我想出了以下代码来完成它：

private static long AddBitwise(long to, int toAdd, int startPosition, int maxLengthInBits)
{
    var filledNumber = (1 >> maxLengthInBits) | toAdd;
    to |= filledNumber << startPosition;
    return to;
}

然后我这样调用它来编码所有值：

private static long CalculateMaxBinary(int a, int b, int c, int d, int e, int f, int g, int h, int i)
{
    long result = 0;

    result = AddBitwise(result, a, 52, 12);
    result = AddBitwise(result, b, 47, 5);
    result = AddBitwise(result, c, 41, 6);
    result = AddBitwise(result, d, 35, 6);
    result = AddBitwise(result, e, 28, 7);
    result = AddBitwise(result, f, 23, 5);
    result = AddBitwise(result, g, 17, 6);
    result = AddBitwise(result, h, 9, 8);
    result = AddBitwise(result, i, 1, 8);

    return result;
}

但是我一定是做错了什么或者采取了完全错误的方法，有人能告诉我如何将指定位置的特定固定位数设置为数字的示例吗？

Answer 1

我通常发现 non-adviseable 可以对这样的值进行编码。 .NET 设计人员经历了很多麻烦，因此我们永远不必处理 "how is it represented in memory" 并且根据我的本地 C++ 经验，我认为我们应该避免那个级别。

一般来说，用一堆 8 位、16 位和 32 位整数创建一个结构并保留它就足够了。您只能通过将 9 个 7 位值压缩为 63 位而不是仅具有 9 个 8 位值（72 位）来节省那么多。通常它会花费您更多的代码可读性、内存和 CPU 时间去解码和编码，那么这个最小的节省（9 位）是值得的。

如果每个实例 9 位甚至考虑到内存限制，听起来您应该更改设计的其他部分，这样一开始就不需要那么多 memory/that 实例。您很可能陷入 XY Problem，您认为此优化是解决方案。

Answer 2

这绝对是可能的，而且实际上比您尝试过的更容易。您确实需要注意在 long 之前将数字设置为 left-shifting ，否则可能会丢失位或数字可能会移动错误的数量（请记住，移位计数取模左操作数的大小）或两者。

但您只需要转换为 long，向左移动，然后将其转换为您拥有的内容：

private static long AddBitwise(long to, int toAdd, int pos)
{
    return to | ((long)toAdd << pos);
}

此处不需要大小，但您可以 auto-update 使用大小的位置：

private static long prependBitwise(long to, int value, ref int pos, int size)
{
    pos -= size;
    return to | ((long)value << pos);
}

这样使用：

int pos = 64;
long packed = 0;
packed = prependBitwise(packed, year, ref pos, 12);
packed = prependBitwise(packed, month, ref pos, 4);
packed = prependBitwise(packed, day, ref pos, 5);
// etc

顺便说一下，您的大部分位域都过大。要表示 [1..31] 中的天数，只需要 5 位。 32 不是真正的一天，但即使是那一天也只需要 6 位，而不是 7 位。

还有其他策略，例如仍然打包 "top field to bottom field" 但在我们继续进行时将打包的 long 向左移动，最终将底部字段留在底部位中（而不是将顶部字段留在顶部位中） , 只是对齐方式不同：

private static long prependBitwise(long to, int value, int size)
{
    return (to << size) | value;
}

这有点好，因为它不需要那么丑 by-ref pos，并且像第一个版本一样只有 3 个参数（但没有允许指定重叠字段的弱点偶然），并且如果它没有完全填充，它也倾向于使生成的填充 long 更小（更低的值）。

请注意，填充最高位（又名 "sign bit"）是可以的，您可以将其视为普通位，但在解码时必须小心，因为一些提取最顶层位域的方法将使它具有负值。切换到 ulong 可以避免此类意外。

Answer 3

如果你真的必须这样做，你可以求助于一些bit-twiddling:

public static ulong SetBits(ulong value, int bitOffsetInOutput, int inputBits, int inputBitCount)
{
    ulong outputMask = (1ul << bitOffsetInOutput+inputBitCount) - (1ul << bitOffsetInOutput);
    ulong inputMask  = (1ul << inputBitCount) - 1ul;

    return (value & ~outputMask) | (((ulong)inputBits & inputMask) << bitOffsetInOutput);
}

这让您可以将给定 64 位数中的指定位数范围设置为取自 32 位数的指定位数，而不影响 64 位数中的任何其他位数。

请注意，这不会设置最高位 - 但您说只有 63 位数据，所以这应该不是问题。

测试程序：

using System;

namespace Demo
{
    class Program
    {
        static void Main()
        {
            ulong value = 0;

            value = SetBits(value, 8, 0b111111111111, 6);

            // Expected result = 11111100000000
            Console.WriteLine(Convert.ToString((long)value, 2)); 

            value = SetBits(value, 17, 0xFFFF, 7);

            // Expected result = 111111100011111100000000
            Console.WriteLine(Convert.ToString((long)value, 2));

            value = SetBits(value, 19, 0, 2);

            // Expected result = 111001100011111100000000
            Console.WriteLine(Convert.ToString((long)value, 2));
        }

        public static ulong SetBits(ulong value, int bitOffsetInOutput, int inputBits, int inputBitCount)
        {
            ulong outputMask = (1ul << bitOffsetInOutput+inputBitCount) - (1ul << bitOffsetInOutput);
            ulong inputMask  = (1ul << inputBitCount) - 1ul;

            return (value & ~outputMask) | (((ulong)inputBits & inputMask) << bitOffsetInOutput);
        }
    }
}

将多个值编码为单个 long

Encode multiple values to single long

c#

encode

bit-manipulation

bit-shift

bitwise-operators