如何生成一个随机的 32 位二进制数并使用 C 对其进行操作/从中提取某些位？答案

【问题标题】：How do I generate a random 32 bit binary number and manipulate it/ extract certain bits from it using C?如何生成一个随机的 32 位二进制数并使用 C 对其进行操作/从中提取某些位？
【发布时间】：2021-07-12 02:51:38
【问题描述】：

我知道在 C 中，要生成一个随机数，我们使用 rand(); 我的计划是 (i) 生成一个 32 位二进制随机数， (ii) 从中提取一些特定位用于特定目的。

我尝试过使用 int rando = rand() 但这至少显示了十进制表示。这对我来说很好，但我需要从中提取某些位。我试过类似的东西： unsigned long init32; init32 = ((double)rand()/RAND_MAX)*0b11111111111111111111111111111111111111; printf(" The number is %lu", init32);

打印出来时没有给我二进制表示。就像我说的，我需要提取一些特定的位。例如，

我应该如何为此目的生成 32 位二进制数，然后为页表存储 10 位？

我希望我已经足够清楚了。这是一个研究项目。

【问题讨论】：

int 由 N 位组成。您可以将这些位显示为十进制、十六进制或二进制，但它们都是相同的位。你是如何打印号码的？这似乎是你的问题。
@RetiredNinja 我只是打印出一个无符号长。在问题中更新。我明白你在说什么，但我的问题是，我该如何提取和存储一定数量的位，例如页表位？
如果你的 rand 函数给你一个介于 0 和 1 之间的值，那么你需要乘以 MAX_VALUE 得到一个 0 到 (MAX_VALUE -1) 范围内的数字。然后使用 > 或位掩码运算符，如 &、|提取您感兴趣的部分。
yourrand & 0xfff 将为您提供前 12 位的值（例如位 0-11）。然后(yourrand >> 12) & 0x3ff 会得到页表值。您对目录值的 10 位执行相同的操作。

标签： c bit-manipulation memory-address

【解决方案1】：

“二进制”和“十进制”只是写数字的方式。所以 20 用十进制写成 20，用二进制写成 10100（十六进制写成 14），但在所有情况下它仍然是数字 20。

您的printf 行是：

printf(" The number is %lu", init32);

当您写%lu 时，因为它以u 结尾，您实际上要求将值打印为（正）十进制数。虽然 printf 不能直接打印二进制值，但您可以将其打印为十六进制，这完全等效：

printf(" The number is %lx", init32); // For example: " The number is 14", which means the number is "10100" in binary

从十六进制很容易找到相同数字的二进制，因为每个十六进制字符直接对应一个二进制表示（例如“A”在二进制中是“1010”）：https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/zp73wmn/revision/1。

如果通过“提取特定位”，您的意思是获取与原理图中的位相对应的数字，您可以这样做（我没有测试它，但这应该很好或非常接近）：

init32 = /* some value */;

// Basically the part on the left side of the "&" takes the entire init32
// and moves it right by that number of bits. Then to cancel the bits on the
// left that you don't want (such as to put to 0 the bits of the "directory"
// when you want to get the page table), we use bitwise "&" with the part on
// the right.
unsigned long directory = (init32 >> 22) & ((1 << (31 - 22 + 1)) - 1);
unsigned long pagetable = (init32 >> 12) & ((1 << (21 - 12 + 1)) - 1);
unsigned long offset    = (init32 >> 0 ) & ((1 << (11 - 0  + 1)) - 1);

如果您对此感到困惑，请查看 Google 上的“C 位运算符”。您确实需要了解数字在二进制中是如何工作的，才能看到它的作用。

【讨论】：