C/C++：位運算 / 位掩碼（BitMask）

 

位運算

---

位運算：由於計算機數據都是以二進制的形式儲存的，位運算就是直接對整數在內存中的二進制位進行操作的運算。例如與(&)、非(~)、或(|)、異或(^)、移位(<<和>>)等。

位運算的用途很廣，原因不僅是運算速度快，而且可以表示的方式也很靈活。

下面通過一個例子，說明位運算在項目中的使用方法。

示例介紹

---

例如，在一個系統中，用戶一般有查詢(Select)、新增(Insert)、修改(Update)、刪除(Delete)四種權限。

並且，四種權限有多種組合方式，有16種不同的狀態（2^4）。

一般情況下：Permission

---

C語言會使用結構體封裝，並且在結構體里面用四個布爾變量來保存不同的權限。

代碼如下所示：

#define Bool int 
#define TRUE 1  
#define FALSE 0  
 
struct Permission { 
    Bool allowSelect; 
    Bool allowInsert; 
    Bool allowDelete; 
    Bool allowUpdate; 
}; 

權限賦予方式如下所示，設置不同的權限需要對相應的屬性進行設置。

setAllowSelect(true);
setAllowInsert(true);
setAllowUpdate(false);
setAllowDelete(false);

 

 

使用位運算：NewPermission

---

接下來使用位運算的方式對權限進行設置，每個權限使用一個二進制位來表示。

並且，0表示無此權限，1表示有此權限。

#define ALLOW_SELECT = 1<<0;
#define ALLOW_INSERT = 1<<1;
#define ALLOW_UPDATE = 1<<2;
#define ALLOW_DELETE = 1<<3;

static int flag;

// 設置新的權限
void set_permission(int permission)
{
    flag = permission;
}

// 賦予一項或多項權限
void enable(int permission)
{
    flag |= permission;
}

// 收回一項或多項權限
void disable(int permission)
{
    flag &= ~permission;
}

// 檢查是否有某種權限
int is_allow(int permission)
{
    return ((flag & permission) == permission);
}

// 檢查是否沒有某種權限
int is_not_allow(int permission)
{
    return ((flag & permission) == 0);
}

// 檢查是否只有某種權限
int is_only_allow(int permission)
{
    return (flag == permission);
}

權限賦予方式如下所示，設置不同的權限需要對相應的屬性進行設置。

set_permission(ALLOW_SELECT);
enable(ALLOW_DELETE|ALLOW_UPDATE); disable(ALLOW_DELETE);

位運算權限賦值規則

---

通過下面表格的方式，說明不同二進制位表示不同的權限。

以上代碼中，用4個常量表示每個二進制位代碼的權限。

flag    刪除    修改    新增    查詢     
1(0001)    0    0    0    1    只允許查詢（即等於ALLOW_SELECT）
2(0010)    0    0    1    0    只允許新增（即等於ALLOW_INSERT）
4(0100)    0    1    0    0    只允許修改（即等於ALLOW_UPDATE）
8(1000)    1    0    0    0    只允許刪除（即等於ALLOW_DELETE）
3(0011)    0    0    1    1    只允許查詢和新增
      0    0    0    0    0    四項權限都不允許
15(1111)   1    1    1    1    四項權限都允許

例如：

ALLOW_SELECT = 1 << 0 轉成二進制就是0001，二進制第一位表示Select權限。
ALLOW_INSERT = 1 << 1 轉成二進制就是0010，二進制第二位表示Insert權限。

private int flag存儲了各種權限的啟用和停用狀態，相當於代替了Permission中的四個boolean類型的變量。

用flag的四個二進制位來表示四種權限的狀態，每一位的0和1代表一項權限的啟用和停用，下面列舉了部分狀態表示的權限：

 

使用位掩碼的方式，只需要用一個大於或等於0且小於16的整數即可表示所有的16種權限的狀態。

此外，還有很多設置權限和判斷權限的方法，需要用到位運算，例如：

public void enable(int permission) {
    flag |= permission; // 相當於flag = flag | permission;
}

調用這個方法可以在現有的權限基礎上添加一項或多項權限。

添加一項Update權限：

permission.enable(NewPermission.ALLOW_UPDATE);

假設現有權限只有Select，也就是flag是0001。執行以上代碼，flag = 0001 | 0100，也就是0101，便擁有了Select和Update兩項權限。

添加Insert、Update、Delete三項權限：

permission.enable(NewPermission.ALLOW_INSERT 
    | NewPermission.ALLOW_UPDATE | NewPermission.ALLOW_DELETE);

NewPermission.ALLOW_INSERT | NewPermission.ALLOW_UPDATE | NewPermission.ALLOW_DELETE運算結果是1110。假設現有權限只有Select，也就是flag是0001。flag = 0001 | 1110，也就是1111，便擁有了這四項權限，相當於添加了三項權限。

上面的設置如果使用最初的Permission類的話，就需要下面三行代碼：

permission.setAllowInsert(true);
permission.setAllowUpdate(true);
permission.setAllowDelete(true);

二者對比

設置僅允許Select和Insert權限

Permission

permission.setAllowSelect(true);
permission.setAllowInsert(true);
permission.setAllowUpdate(false);
permission.setAllowDelete(false);

NewPermission

permission.setPermission(NewPermission.ALLOW_SELECT | NewPermission.ALLOW_INSERT);

判斷是否允許Select和Insert、Update權限

Permission

if (permission.isAllowSelect() && permission.isAllowInsert() && permission.isAllowUpdate())

NewPermission

if (permission. isAllow (NewPermission.ALLOW_SELECT 
    | NewPermission.ALLOW_INSERT | NewPermission.ALLOW_UPDATE))

判斷是只否允許Select和Insert權限

Permission

if (permission.isAllowSelect() && permission.isAllowInsert() 
    && !permission.isAllowUpdate() && !permission.isAllowDelete())

NewPermission

if (permission. isOnlyAllow (NewPermission.ALLOW_SELECT | NewPermission.ALLOW_INSERT))

二者對比可以感受到MyPermission位掩碼方式相對於Permission的優勢，可以節省很多代碼量，位運算是底層運算，效率也非常高，而且理解起來也很簡單。

一些用到位掩碼的源代碼

java.lang.reflect.Modifier

在Java反射中，java.lang.reflect.Modifier是用來判斷類、成員變量、方法等包含的修飾符。在Modifier的源代碼中可以看到：

public static final int PUBLIC           = 0x00000001;
public static final int PRIVATE          = 0x00000002;  
public static final int PROTECTED        = 0x00000004;  
public static final int STATIC           = 0x00000008;  
public static final int FINAL            = 0x00000010;  
public static final int SYNCHRONIZED     = 0x00000020;
// ......
public static boolean isProtected(int mod) {
    return (mod & PROTECTED) != 0;
}
public static boolean isStatic(int mod) {
    return (mod & STATIC) != 0;
}

android.text.util.Linkify

在Android開發中，Linkify可以設置文本中的地址、電話、郵箱等是否支持點擊鏈接：

Linkify.addLinks(textView, Linkify.WEB_URLS | Linkify.EMAIL_ADDRESSES);

android.text.util.Linkify部分源碼：

public static final int WEB_URLS = 0x01;
public static final int EMAIL_ADDRESSES = 0x02;
public static final int PHONE_NUMBERS = 0x04;
public static final int MAP_ADDRESSES = 0x08;
public static final int ALL = WEB_URLS | EMAIL_ADDRESSES | PHONE_NUMBERS | MAP_ADDRESSES;

public static final boolean addLinks(Spannable text, int mask) {
    if (mask == 0) {
        return false;
    }

    URLSpan[] old = text.getSpans(0, text.length(), URLSpan.class);

    for (int i = old.length - 1; i >= 0; i--) {
        text.removeSpan(old[i]);
    }

    ArrayList<LinkSpec> links = new ArrayList<LinkSpec>();

    if ((mask & WEB_URLS) != 0) {
        gatherLinks(links, text, Patterns.WEB_URL,
            new String[] { "http://", "https://", "rtsp://" },
            sUrlMatchFilter, null);
    }

    if ((mask & EMAIL_ADDRESSES) != 0) {
        gatherLinks(links, text, Patterns.EMAIL_ADDRESS,
            new String[] { "mailto:" },
            null, null);
    }

    if ((mask & PHONE_NUMBERS) != 0) {
        gatherLinks(links, text, Patterns.PHONE,
            new String[] { "tel:" },
            sPhoneNumberMatchFilter, sPhoneNumberTransformFilter);
    }

    if ((mask & MAP_ADDRESSES) != 0) {
        gatherMapLinks(links, text);
    }

    pruneOverlaps(links);

    if (links.size() == 0) {
        return false;
    }

    for (LinkSpec link: links) {
        applyLink(link.url, link.start, link.end, text);
    }

    return true;
}