这个字节中的位反转如何工作？答案

【问题标题】：How does this bits reversion in a byte work?这个字节中的位反转如何工作？
【发布时间】：2017-08-09 13:37:12
【问题描述】：

我是编程新手，我发现这种方法可以在 C 中反转字节中的位：

//(10000011) -> (11000001)

unsigned char reverse(unsigned char b) {
   b = (b & 0xF0) >> 4 | (b & 0x0F) << 4;
   b = (b & 0xCC) >> 2 | (b & 0x33) << 2;
   b = (b & 0xAA) >> 1 | (b & 0x55) << 1;
   return b;
}

一位用户在回复this question 时发布，但我不明白它是如何工作的。这些常数是什么意思？

【问题讨论】：

将常量转换为二进制看看它们的含义。
这会相互交换 4 位组，然后是 2 位，然后是 1。所以首先，位 7654 和 3210。然后，7632 和 5410。然后，7531 和 6420。写这个让我意识到不指出就不容易解释：P
在调试器中单步执行函数，在每条语句后以二进制形式打印b。然后你就会得到启发。

标签： c bit-manipulation bitwise-operators bit-shift or-operator

【解决方案1】：

查看上述数字的二进制表示可能会有所帮助：

0xF0: 11110000
0x0F: 00001111

0xCC: 11001100
0x33: 00110011

0xAA: 10101010
0x55: 01010101

第一对数字用于屏蔽和交换一个字节的前 4 位和后 4 位。

第二对屏蔽掉并交换一组 4 位的前 2 位和后 2 位。

第三对屏蔽并交换相邻的位对。

【讨论】：

【解决方案2】：

代码首先交换“半字节”，即最高有效 4 位与最低有效 4 位。然后它将两个最高订单对交换在一起，并将底部对交换在一起；最后它会进行 2n 和 2n+1 位的成对交换。

我将在这里用它们的指数在尖括号中表示b的原始值的位（这只是我在这里使用的伪符号，不是正确的C） ;我使用o 来标记任何始终为 0 的位。所以一开始我们有

<76543210>

在我们的第一个操作中没有

<76543210> & 0xF0 -> <7654oooo>
<76543210> & 0x0F -> <oooo3210>

现在前者右移4位，后者左移4位，因此我们得到

<7654oooo> >> 4 -> <oooo7654>
<oooo3210> << 4 -> <3210oooo>

最后这些是或'ed在一起，因此在语句之后

b = (b & 0xF0) >> 4 | (b & 0x0F) << 4;

b 的值是原始位的排列<32107654>。

在第二个语句中，掩码0xCC 是二进制的11001100，0x33 是二进制的00110011；中间值是：

(<32107654> & 0xCC) >> 2 -> <32oo76oo> >> 2 -> <oo32oo76>;和
(<32107654> & 0x33) << 2 -> <oo10oo54> << 2 -> <10oo54oo>.

这 2 个或一起将导致排列 <10325476>。最后，掩码0xAA 是二进制的10101010，0x55 是01010101。因此我们有

(<10325476> & 0xAA) >> 1 -> <1o3o5o7o> >> 1 -> <o1o3o5o7>;和
(<10325476> & 0x55) << 1 -> <o0o2o4o6> << 1 -> <0o2o4o6o>

这些或'ed 在一起将导致排列 <01234567> 与原来的相反。

【讨论】：

【解决方案3】：

所以这只是很多位移。位的顺序如下：

76543210

现在，第一行，第一部分保留高位，将低位设置为 0（掩码为 0b11110000），将它们向右移动 4。第二部分对低位执行相同的操作（掩码为 0b00001111），然后向左移动：

first line, first part:  7654xxxx => xxxx7654 (bits shift to the right)
first line, second part: xxxx3210 => 3210xxxx (bits shift to the left)
add them together:                => 32107654

然后，第二行。相同的操作，不同的掩码（分别为 0b11001100 和 0b00110011），32107654：

second line, first part:  32xx76xx => xx32xx76 (bits shift to the right)
second line, second part: xx10xx54 => 10xx54xx (bits shift to the left)
add them together:                 => 10325476

第三行与其他掩码相同（分别为 0b10101010 和 0b01010101），10325476：

third line, first part:  1x3x5x7x => x1x3x5x7 (bits shift to the right)
third line, second part: x0x2x4x6 => 0x2x4x6x (bits shift to the left)
add them together:                => 01234567

所以我们最终以行动结束：

76543210 => 01234567

【讨论】：

【解决方案4】：

让我们将b 中的位编号如下：

01234567

0xF0 二进制是11110000，0x0F 是00001111。第一个赋值将最左边的 4 位向右移动，最右边的 4 位向左移动，然后将它们与OR 组合，所以结果是：

45670123

0xCC 是 11001100，0x33 是 00110011。当这些被屏蔽的位移动2位并组合时，结果是：

67452301

最后，0xAA 是 10101010，0x55 是 01010101。当这些掩码和移位完成后，结果是：

76543210

瞧！这是相反的顺序。

请注意，对于每一对移位，位掩码是相互反转的，并且被移位的位数与掩码中 1 位序列的长度相同。所以它们中的每一个都在交换大小为该序列长度的比特组。

【讨论】：

【解决方案5】：

您需要了解 4 个主要内容才能理解上述代码的含义。

& (AND) Bitwise Operator.
| (OR) Bitwise Operator.
>> (Right Shift Operator).
<< (Left Shift Operator).

幸运的是，我刚刚写了一篇详细的博客，解释了有关 Number System and Bit Manipulation 的所有内容

【讨论】：