区分整数的位

Question

我有一个 32 位整数，我通过将各个位映射到各种类型的数据来填充数据。

例如，一个部分用于氧气水平。这是一个从 0 到 128 的值，所以我使用 7 位。

另一个部分用于对象的旋转。围绕三个轴 x、y 和 z 旋转始终为 0、90、180 或 270 度。每个角度的索引值为 0、1、2 和 3，所以我只需要 6 位。旋转存储为 010101，表示围绕 x、y 和 z 旋转 90 度，或 100000 表示围绕 x 旋转 180 度。

某些部分存储为整数值，例如氧气水平，但在我需要使用它们时转换为枚举。

每个部分在数据整数中彼此相邻排列，从右到左填充位。

Type :    ... | Oxygen  | Rotation |
          --------------------------
Bits:     ... | 0000000 | 000000   |
          --------------------------
Position: ... | 19-25   | 26-31    |
          --------------------------

问题

我想比较两个整数，看看有什么变化。

当一个int的氧含量为16，另一个为20时，相差增加4个单位。当一个旋转在所有轴上为 0，另一个是围绕 x 旋转 90 时，差异是围绕 x 旋转 90 度。

我在数据对象上有扩展方法，允许我将氧气水平作为 int 值，将旋转作为四元数。当在 delta 数据对象上使用这些时，我想获得氧气水平的值 4，以及围绕 x 旋转 90 度的四元数。

问题

获取两个整数值差的最有效方法是什么？

可能的方法

我想了几种不同的方法来解决这个问题。

整数比较

由于数据是一个整数，我试图简单地从另一个中减去一个。我从一个值为 0 的 int 开始，并将氧水平的位设置为 16。我创建了一个新的 int，将其氧水平设置为 20，然后从最后一个减去第一个，增量的氧水平为 4 . 但是当我向整数添加旋转和其他数据时，减法后的结果改变了产生的氧气水平和旋转。

我需要验证我的所有扩展方法都按预期工作。所有单元测试都成功，但测试可能不够好。

按位比较

另一种方法是使用各种位运算符分别比较整个整数中的每个位。我使用了一个 int，其旋转位设置为围绕 x 90 度（位 01）。另一个 int 将 x 旋转设置为 180 度（位 10）。我正在寻找的 delta 值为 90 度（位 01），但我找不到任何合适的运算符来产生该结果。

这个测试让我相信我不能单独比较位。在旋转索引的情况下，我需要将一对位视为单个值。

位数组

我阅读了 .net 的 BitArray 的文档，但无法立即看出使用它会有什么不同。

比较每个部分

比较每个位部分会产生我正在寻找的结果。在计算差值之前，旋转位将转换为四元数，然后在将它们设置为数据整数之前转换回位。

这是我希望找到替代方法的方法。我不想让比较器知道数据的结构，我希望找到更有效的解决方案。

编辑

我现在看到，在阅读了 cmets 并进行了更多测试之后，对于我的案例来说，仅获得位部分的新值而不是它们改变了多少对我来说更有利。任何保持不变的部分都应归零。据我所知，我唯一的选择是分段比较数据。

再次编辑

我不确定选择哪个答案作为正确答案。我认为我的问题不够具体，对此我深表歉意。

@harold 给出的方法在逐位比较时有效，并且与数据结构无关。

@Pikoh 的回答逐节比较，并且可以动态化，这样该方法就不需要了解数据结构。

Answer 1

我不确定您想要什么，但使用典型的SWAR techniques 计算所有字段的模差当然是可能的：

z = ((x | H) - (y &~H)) ^ ((x ^~y) & H)

这是 SWAP 减法的通用公式。对于 2 位字段，H = 0xAAAAAAAA。

由于只有两个位，并且 SWAR 通常以不同的方式处理最高位（以防止泄漏到下一个字段中），因此这些位实际上是完全分开的。

---

根据新要求，也没有必要对字段进行难看的拆分，例如：（未测试）

m = x ^ y;
m = (m | (m >> 1)) & 0x55555555;
m *= 3;
z = y & m; // maybe

这里的想法是，一个异或将在一个字段的某处产生一个 1 如果它已经改变，然后将该字段的所有位进行 OR 并将其放在该字段的最低位，乘以 3 将它广播到所有位领域的。 & 使用新值在其他地方获取更改的字段和零，但这意味着您无法区分“更改为 0”和“未更改”。使用m，您仍然可以区分它们。

Answer 2

让我们看看这样的事情是否对你有帮助：

int data1 = Convert.ToInt32("00000000000000000000000000011100", 2); //sample data
int data2 = Convert.ToInt32("00000000000000000000000000101000", 2);
int xrotationposition = 26; //start positions of data
int yrotationposition = 28;

string xrotationmask = new string('0', xrotationposition) + "11" + 
                   new string('0',30 - xrotationposition); //mask to extract the data
string yrotationmask = new string('0', yrotationposition) + "11" + 
                   new string('0', 30 - yrotationposition);

int xrotation1 = data1 & Convert.ToInt32(xrotationmask, 2); //bit AND
int xrotation2 = data2 & Convert.ToInt32(xrotationmask, 2);

int yrotation1 = data1 & Convert.ToInt32(yrotationmask, 2);
int yrotation2 = data2 & Convert.ToInt32(yrotationmask, 2);

xrotation1 = (xrotation1 >> 30 - xrotationposition); //shift the bits 
                                                     to the lowest part of byte
xrotation2 = (xrotation2 >> 30 - xrotationposition);

yrotation1 = (yrotation1 >> 30 - yrotationposition);
yrotation2 = (yrotation2 >> 30 - yrotationposition);

在此执行结束时，您将获得xrotation1=1、xrotation2=2、yrotation1=3 和yrotation2=2，这似乎很容易比较值。

希望对你有帮助