位數組

　　在處理數字有許多位時，可以使用C#中的BitArray類和BitVector32結構。BitArray類與BitVector32結構的區別是：BitArray類可以重新設置大小，對於事先不知道需要的位數，可以使用BitArray類，它可以包含很多位。BitVector32結構是基於棧的，相對於類比較快，但是它只含有32位，存儲在一個整數中。

1、BitArray類

　　BitArray類是一個引用類型，它包含一個int數組，每32位使用一個新整數。每一個位都是一個bool值。

　　創建一個位數組：

//*****************創建位數組***********************
BitArray bits = new BitArray(8);//創建一個包含8位的數組
bits.SetAll(true);//將8個位都設置為true
bits.Set(1, false);//將下標為1（第二個位）設置為false
bits[5] = false;//將下標為5的位設置為false
Console.WriteLine("Initialized: ");
foreach (bool b in bits)
{
    Console.WriteLine(b ? 1 : 0);
}

 　　如果創建一個位數組時，在構造函數中傳入一個位數組，那么新創建的位數組將和參數位數組具有相同的值。在構造位數組時，可以使用字節數組、int類型數組、bool數組和位數組進行初始化構造位數組。注意：只能是數組形式。如果傳入一個int類型的數字，則認為創建int長度的位的位數組。

　　位數組中有許多方法，如：Set()設置某個位上的值；SetAll()設置所有位上的值；Not()對所有位取反；And()、Or()、Xor()用於兩個位數組之間的合並運算等方法。

2、BitVector32結構

　　如果事先知道需要的位數，可以使用BitVector32結構代替BitArray類。因為BitVector32是值類型的關系，所以在效率上相對較高。對於需要更多的位可以使用多個BitVector32結構或者BitArray類。

　　使用默認構造函數創建一個BitVector32結構，所有位都默認為false。然后創建掩碼，以訪問位矢量中的位。使用索引器訪問對應的位，並設置相應的字段。

BitVector32 bits1 = new BitVector32();
int bit1 = BitVector32.CreateMask();      //創建掩碼，運行后bit1=1;
int bit2 = BitVector32.CreateMask(bit1);//創建掩碼，運行后bit2=2;
int bit3 = BitVector32.CreateMask(bit2);//創建掩碼，運行后bit3=3;
int bit4 = BitVector32.CreateMask(bit3);//創建掩碼，運行后bit4=4;
int bit5 = BitVector32.CreateMask(bit4);//創建掩碼，運行后bit5=5;
bits1[bit1] = true;
bits1[bit2] = true;
bits1[bit3] = false;
bits1[bit4] = true;
bits1[bit5] = true;
Console.WriteLine(bits1);//輸出為：BitVector32{00000000000000000000000000011011}

　　也可以自己創建掩碼，一次性設置多個位。例如十六進制的abcdef與二進制的1010 1011 1100 1101 1110 1111相同。因此對於一個新創建的bits:

　　bits[0xabcdef] = true;//輸出為：BitVector32{00000000101010111100110111101111}

　　IPv4中的應用：IPv4地址定義為一個4字節的數，該數存儲在一個整數中。可以定義4個片段，把這個整數拆分開。在多播IP消息中，使用了幾個32位的值。其中一個32位的值放在這些片段中：16位表示源號，8位表示查詢器的查詢內部碼，3位表示查詢器的健壯變量，1位表示抑制標志，保留4位。也可以自己定義位含義，以節省內存。下面的例子中，模擬接收到值0x79abcdef：

int received = 0x79abcdef;
BitVector32 bits = new BitVector32(received);//bits結構為：BitVector32{01111001101010111100110111101111}

　　接着創建6個片段：第一個片段A需要12位，由十六進制值0xffff定義；第二個片段B需要8位；第三個片段C需要4位；第四個片段D和第五個片段E需要3位；第六個片段需要2位。除第一個片段外，其余片段皆將上一個片段作為參數傳遞，使得該片段從上一片段的結尾處開始。CreateSection()方法返回一個BitVector32.Section類型的值，該類型包含了該片段的偏移量和掩碼：

//sections: FF EEE DDD CCCC BBBBBBBB AAAAAAAAAAAA
BitVector32.Section sectionA = BitVector32.CreateSection(0xfff);
BitVector32.Section sectionB= BitVector32.CreateSection(0xff, sectionA);
BitVector32.Section sectionC = BitVector32.CreateSection(0xf, sectionB);
BitVector32.Section sectionD = BitVector32.CreateSection(0x7, sectionC);
BitVector32.Section sectionE = BitVector32.CreateSection(0x7, sectionD);
BitVector32.Section sectionF = BitVector32.CreateSection(0x3, sectionE);

　　把一個BitVector32.Section類型的值傳遞給BitVector32結構的索引器，會返回一個int，它映射到位矢量的片段上。

　　首先創建一個展示方法IntToBInaryString():

static string IntToBinaryString(int bits,bool removeTrailingZero)
{
    StringBuilder builder = new StringBuilder(32);

    for(int i=0;i<32;i++)
    {
        if ((bits & 0x80000000) != 0)
        {
            builder.Append("1");
        }
        else
        {
            builder.Append("0");
        }
        bits=bits << 1;
    }
    string s = builder.ToString();
    if(removeTrailingZero)
    {
       return s.TrimStart('0');
    }
    return s;
}

　　結果顯示了片段A~F的位表示：

Console.WriteLine("Section A: {0}", IntToBinaryString(bits[sectionA], true));//輸出為：Section A: 110111101111
Console.WriteLine("Section B: {0}", IntToBinaryString(bits[sectionB], true));//輸出為： Section B: 10111100
Console.WriteLine("Section C: {0}", IntToBinaryString(bits[sectionC], true));//輸出為：Section C: 1010
Console.WriteLine("Section D: {0}", IntToBinaryString(bits[sectionD], true));//輸出為：Section D: 1
Console.WriteLine("Section E: {0}", IntToBinaryString(bits[sectionE], true));//輸出為：Section E: 111
Console.WriteLine("Section F: {0}", IntToBinaryString(bits[sectionF], true));//輸出為：Section F: 1

　　以上顯示結果，與最開始的整數位一一對應：

//BitVector32{ 01 111 001 1010 10111100 110111101111}
//sections:    FF EEE DDD CCCC BBBBBBBB AAAAAAAAAAAA

3、BitArray與Byte之間的轉換

/// <summary>        
/// 通過位構建字節        
/// </summary>      
/// <param name="boolArray">bool位值</param>       
/// <returns>字節數組</returns>       
byte[] ConvertToByte(bool[] boolArray)
{
    int num = (int)Math.Ceiling((boolArray.Length / 8.0));    //向上取整          
    bool[] newBool = new bool[num * 8];
    boolArray.CopyTo(newBool, 0);              //補位   
    BitArray bits = new BitArray(newBool);
    byte[] bytes = new byte[num];
    bits.CopyTo(bytes, 0);
    return bytes;
}

bool[] bits = new bool[] { true, false, false, false, false, false, true, true, };
//將其轉換為位值            
byte[] myByte = ConvertToByte(bits);

//獲取每個位上的值：false/true            
BitArray recoveredBit = new BitArray( myByte );