Bitwise-toiminnot VB.NET: ssä

VB.NET ei tue bittitason toimintoja suoraan. Framework 1.1 (VB.NET 2003) esitteli bittisiirto-operaattorit (<< ja >>), mutta mitään yleistä tarkoitustapaa yksittäisten bittien käsittelemiseksi ei ole saatavana. Bittitoiminnot voida olla erittäin hyödyllinen. Esimerkiksi ohjelmassasi on ehkä oltava rajapinta toisen järjestelmän kanssa, joka vaatii bittikäsittelyä. Mutta lisäksi on paljon temppuja, jotka voidaan tehdä käyttämällä yksittäisiä bittejä. Tässä artikkelissa tarkastellaan mitä voidaan tehdä bittikäsittelyllä VB.NET: n avulla.

Sinun on ymmärrettävä bittioperaattorit ennen kaikkea muuta. VB.NET: ssä nämä ovat:

Bittisesti tarkoittaa yksinkertaisesti, että operaatiot voidaan suorittaa kahdelle binaariluvulle kerrallaan. Microsoft käyttää totuustaulukot dokumentoida bittiset toiminnot. Totuustaulukko Ja On:

1. bitin 2. bitin tulos
1 1 1
1 0 0
0 1 0
0 0 0

Koulussani he opettivat Karnaugh karttoja sen sijaan. Kaikkien neljän toimenpiteen Karnaugh-kartta on esitetty alla olevassa kuvassa.

Napsauta tätä nähdäksesi kuvan
Napsauta selaimen Takaisin-painiketta palataksesi

Tässä on yksinkertainen esimerkki käyttämällä Ja toiminta kahdella, neljällä bitin binaarilla:

Tulos 1100 Ja 1010 on 1000.

Tämä johtuu siitä, että 1 Ja 1 on 1 (ensimmäinen bitti) ja loput ovat 0.

Aluksi katsotaanpa bittioperaatioita olemme tuettu suoraan VB.NET: ssä: vähän siirtymässä. Vaikka sekä vasen että oikea siirto ovat käytettävissä, ne toimivat samalla tavalla, joten vain vasemmasta vuorosta keskustellaan. Bittisiirtoa käytetään useimmiten salauksessa, kuvankäsittelyssä ja viestinnässä.

VB.NET: n vähän siirtävät toiminnot ...

• Käytä vain neljää kokonaislukutyyppiä: Tavu, Lyhyt, Kokonaislukuja pitkä
• olemme aritmeettinen siirtyvät toiminnot. Tämä tarkoittaa, että tuloksen lopun jälkeen siirretyt bitit heitetään pois, ja toisessa päässä avautuneet bittipaikat asetetaan nollaan. Vaihtoehtoa kutsutaan pyöreäksi bitinsiirtoksi ja toisen pään ohi siirretyt bitit lisätään yksinkertaisesti toiseen. VB.NET ei tue ympyränmuotoista bitinsiirtoa suoraan. Jos tarvitset sitä, sinun on koodattava se vanhanaikaisella tavalla: kertomalla tai jakamalla 2: lla.
• Älä koskaan luo ylivuotopoikkeusta. VB.NET huolehtii kaikista mahdollisista ongelmista ja näytän sinulle mitä se tarkoittaa. Kuten todettiin, voit koodata oman bittisi siirron kertomalla tai jakamalla 2: lla, mutta jos käytät "kooda oma" -lähestymistapa, sinun on testattava ylivuotopoikkeuksia, jotka voivat aiheuttaa ohjelman kaatua.

Tavanomainen bitinsiirtotoiminto näyttää tältä:

Himmeä aloitusarvo kokonaislukuna = 14913080
Dim ValueAfterShifting kokonaislukuna
ValueAfterShifting = StartingValue << 50

Sanoin, tämä operaatio ottaa binääriarvon 0000 0000 1110 0011 1000 1110 0011 1000 (14913080 on vastaava desimaaliarvo - huomaa, että se on vain 3 0: n ja 3 1: n sarja toistettu muutaman kerran) ja siirtää sitä 50 paikkaa vasemmalle. Mutta koska kokonaisluku on vain 32 bittiä pitkä, sen muuttaminen 50 paikkaan on turhaa. VB.NET ratkaisee tämän ongelman rajauksella siirtymien määrä vakioarvolla, joka vastaa käytettyä tietotyyppiä. Tässä tapauksessa, ValueAfterShifting on Kokonaisluku joten maksimi, jota voidaan siirtää, on 32 bittiä. Tavallinen maskin arvo, joka toimii, on 31 desimaalia tai 11111.

Masking tarkoittaa, että arvo, tässä tapauksessa 50, on Jaed maskin kanssa. Tämä antaa enimmäismäärän bittejä, joita tosiasiallisesti voidaan siirtää kyseiselle tietotyypille.

Desimaalina:

50 Ja 31 On 18 - Suurin bittimäärä, jota voidaan siirtää

Sillä on oikeastaan ​​enemmän merkitystä binaarissa. Korkean tilauksen bitit, joita ei voi käyttää siirtotoiminnossa, poistetaan yksinkertaisesti.

110010 ja 11111 On 10010

Kun koodinpätkä suoritetaan, tulos on 954204160 tai, binaarina, 0011 1000 1110 0000 0000 0000 0000 0000. Ensimmäisen binaariluvun vasemmalla puolella olevat 18 bittiä siirretään pois ja oikealla puolella olevat 14 bittiä siirretään vasemmalle.

Toinen suuri ongelma siirtävissä biteissä on se, mitä tapahtuu, kun siirtämispaikkojen lukumäärä on negatiivinen luku. Käytämme -50 bittimääränä siirtääksemme ja katsomaan mitä tapahtuu.

ValueAfterShifting = StartingValue << -50

Kun tämä koodinpätkä suoritetaan, saamme -477233152 tai 1110 0011 1000 1110 0000 0000 0000 0000 binaarina. Määrä on siirretty 14 paikkaa vasemmalle. Miksi 14? VB.NET olettaa, että paikkojen lukumäärä on allekirjoittamaton kokonaisluku ja tekee Ja toiminta samalla naamarilla (31 kokonaislukuja varten).

1111 1111 1111 1111 1111 1111 1100 1110
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111
(Ja)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1110

1110 binaarissa on 14 desimaalia. Huomaa, että tämä on käänteinen positiivisen 50 paikan siirtämisessä.

Seuraavalla sivulla siirrymme muihin bittitoimintoihin, alkaen Xor-salaus!

Mainitsin, että yksi bittioperaatioiden käyttö on salaus. Xor-salaus on suosittu ja yksinkertainen tapa "salata" tiedosto. Artikkelissani Hyvin yksinkertainen salaus VB.NET: ää käyttämällä näytän sinulle paremman tavan käyttää merkkijonon käsittelyä sen sijaan. Mutta Xor-salaus on niin yleinen, että se ansaitsee ainakin selittää.

Tekstijonon salaus tarkoittaa sen kääntämistä toiseksi tekstimerkkiksi, jolla ei ole selvää suhdetta ensimmäiseen. Tarvitset myös tavan salauksen purkamiseen uudelleen. Xor-salaus muuntaa merkkijonon kunkin merkin binaarisen ASCII-koodin toiseksi merkiksi käyttämällä Xor-operaatiota. Jotta voit tehdä tämän käännöksen, tarvitset toisen numeron käytettäväksi Xorissa. Tätä toista numeroa kutsutaan avaimeksi.

Xor-salausta kutsutaan "symmetriseksi algoritmiksi". Tämä tarkoittaa, että voimme käyttää salausavainta myös salausavaimena.

Käytämme "A" avaimena ja salaa sana "Basic". "A": n ASCII-koodi on:

0100 0001 (desimaali 65)

Basicin ASCII-koodi on:

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

xor jokainen näistä on:

0000 0011 - desimaali 3
0010 0000 - desimaalin tarkkuudella 32
0011 0010 - desimaali 50
0010 1000 - desimaalin tarkkuudella 40
0010 0010 - desimaali 34

Tämä pieni rutiini tekee tempun:

- Xor-salaus -
Dim i niin lyhyt
ResultString. Teksti = ""
Dim KeyChar kokonaislukuna
KeyChar = Asc (EncryptionKey. Teksti)
Jos i = 1 - Len (InputString. Teksti)
ResultString. Teksti & = _
Chr (KeyChar Xor _
Asc (Keski (InputString. Teksti, i, 1)))
Seuraava

Tulos näkyy tässä kuvassa:

Napsauta tätä nähdäksesi kuvan
Napsauta selaimen Takaisin-painiketta palataksesi

Salauksen kääntämiseksi kopioi ja liitä merkkijono Result TextBox -sovelluksesta takaisin String-tekstikenttään ja napsauta painiketta uudelleen.

Toinen esimerkki siitä, mitä voit tehdä bittioperaattoreilla, on vaihtaa kaksi kokonaislukua ilmoittamatta kolmatta muuttujaa väliaikaista varastointia varten. Se on sellainen asia, jota he tekivät vuosia sitten kokoonpanokielen ohjelmissa. Se ei ole nyt liian hyödyllinen, mutta voit voittaa panoksen joskus, jos löydät jonkun, joka ei usko, että pystyt siihen. Joka tapauksessa, jos sinulla on vielä kysymyksiä siitä, miten xor toimii, tämän läpi työskentelemisen pitäisi antaa heidän levätä. Tässä koodi:

Dim FirstInt kokonaislukuna
Dim SecondInt kokonaislukuna
FirstInt = CInt (FirstIntBox. Teksti)
SecondInt = CInt (SecondIntBox. Teksti)
FirstInt = FirstInt Xor SecondInt
SecondInt = FirstInt Xor SecondInt
FirstInt = FirstInt Xor SecondInt
ResultBox. Teksti = "Ensimmäinen kokonaisluku:" & _
FirstInt. ToString & "-" & _
"Toinen kokonaisluku:" & _
SecondInt. toString

Ja tässä on koodi toiminnassa:

Napsauta tätä nähdäksesi kuvan
Napsauta selaimen Takaisin-painiketta palataksesi

Selvittää, miksi tämä toimii, jätetään "harjoitukseksi opiskelijalle".

Seuraavalla sivulla saavutamme tavoitteen: Yleinen bitinkäsittely

Vaikka nämä temput ovat hauskoja ja opettavia, ne eivät kuitenkaan korvaa yleistä bitin manipulointia. Jos todella pääset bittitasolle, haluamasi tapa on tutkia yksittäisiä bittejä, asettaa ne tai muuttaa niitä. Se on oikea koodi, josta puuttuu .NET.

Ehkä syy siihen puuttuu, että ei ole niin vaikea kirjoittaa aliohjelmia, jotka suorittavat saman asian.

Tyypillinen syy sinun kannattaa tehdä tämä on ylläpitää sitä, jota joskus kutsutaan a: ksi lipun tavu. Jotkut sovellukset, etenkin sellaiset, jotka on kirjoitettu matalan tason kielillä, kuten asentaja, ylläpitävät kahdeksan boolean-lippua yhdessä tavussa. Esimerkiksi 6502-prosessorin sirun tilarekisterissä on nämä tiedot yhdessä 8-bittisessä tavussa:

Bitti 7. Negatiivinen lippu
Bitti 6. Ylivuoto lippu
Bitti 5. käyttämätön
Bitti 4. Katkaise lippu
Bitti 3. Desimaalilippu
Bitti 2. Keskeytä-poista lippu
Bitti 1. Nolla lippu
Bitti 0. Kanna lippu

(Wikipediasta)

Jos koodisi on toimittava tällaisen tiedon kanssa, tarvitset yleiskäyttöisen bitin käsittelykoodin. Tämä koodi tekee työn!

'ClearBit Sub tyhjentää ensimmäisen, n: nnen bitin
'(MyBit) kokonaisluvusta (MyByte).
Sub ClearBit (ByRef MyByte, ByVal MyBit)
Dim BitMask Kuten Int16
'Luo bitmaski 2: nnnen ja 7: nnen bittijoukon avulla:
BitMask = 2 ^ (MyBit - 1)
'Poista kuudes bitti:
MyByte = MyByte eikä BitMask
End Sub
'ExamineBit-toiminto palaa oikeiksi tai väärin
'riippuen 1: nnen n: nnen bitin arvosta (MyBit)
'kokonaisluku (MyByte).
Toiminto ExamineBit (ByVal MyByte, ByVal MyBit) loogisena
Dim BitMask Kuten Int16
BitMask = 2 ^ (MyBit - 1)
ExamineBit = ((MyByte ja BitMask)> 0)
Lopeta toiminto
'SetBit Sub asettaa yhden, n: nnen bitin
'(MyBit) kokonaisluvusta (MyByte).
Sub SetBit (ByRef MyByte, ByVal MyBit)
Dim BitMask Kuten Int16
BitMask = 2 ^ (MyBit - 1)
MyByte = MyByte tai BitMask
End Sub
'ToggleBit Sub muuttaa tilaa
'1: stä, n: nnessä bitissä (MyBit)
'kokonaisluku (MyByte).
Sub ToggleBit (ByRef MyByte, ByVal MyBit)
Dim BitMask Kuten Int16
BitMask = 2 ^ (MyBit - 1)
MyByte = MyByte Xor BitMask
End Sub

Koodin osoittamiseksi tämä rutiini kutsuu sitä (parametrit, joita ei ole koodattu napsautussivulle):

Yksityinen Sub ExBitCode_Click (...
Dim Tavu1, Tavu2 Tavuna
Dim MyByte, MyBit
Himmennä StatusOfBit Būla-arvona
Dim ValittuRB merkkijonona
Tilarivi. Teksti = ""
ValittuRB = GetCheckedRadioButton (Me) .Nimi
Tavu1 = ByteNum. Teksti 'Numero, joka muutetaan bittilipuiksi
Tavu2 = BitNum. Teksti 'Vaihdettava bitti
'Seuraava tyhjentää korkean tilauksen tavun ja palauttaa vain
'alhainen tilaustavu:
MyByte = Tavu1 ja & HFF
MyBit = Tavu2
Valitse Case SelectedRB
Asia "ClearBitButton"
ClearBit (MyByte, MyBit)
Tilarivi. Teksti = "Uusi tavu:" & MyByte
Tapaus "ExamineBitButton"
StatusOfBit = ExamineBit (MyByte, MyBit)
Tilarivi. Teksti = "Bit" & MyBit & _
"on" & StatusOfBit
Kotelo "SetBitButton"
SetBit (MyByte, MyBit)
Tilarivi. Teksti = "Uusi tavu:" & MyByte
Tapaus "ToggleBitButton"
ToggleBit (MyByte, MyBit)
Tilarivi. Teksti = "Uusi tavu:" & MyByte
Lopeta valinta
End Sub
Yksityinen toiminto GetCheckedRadioButton (_
ByVal-vanhempana valvonnassa) _
Kuten RadioButton
Himmennä FormControl-ohjausta
Dim RB RadioButton
Jokaiselle vanhemmille tarkoitetulle FormControl-johdolle. ohjaimet
Jos FormControl. GetType () on sitten GetType (RadioButton)
RB = DirectCast (FormControl, RadioButton)
Jos RB.Checked, palauta sitten RB
Loppu Jos
Seuraava
Palauta mitään
Lopeta toiminto

Toiminnassa oleva koodi näyttää tältä:

Napsauta tätä nähdäksesi kuvan
Napsauta selaimen Takaisin-painiketta palataksesi