如何对于多字节变量进行逐字节读写

最新推荐文章于 2022-06-18 22:49:04 发布

Rabbit_Gray

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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Rabbit_Gray/article/details/105221875

本文深入探讨了位操作在编程中的应用，包括如何在指定字节读写数据，以及使用位或和位与操作符进行数据擦除和读取的详细步骤。通过Python实验，展示了位操作的实用性和灵活性。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

大部分编程语言都没有直接给我们提供对于位进行操作的方法，有时候为了节约空间或者是实现一些特殊目的，我们需要对于一个存储空间中的某一段 “位串” 进行读写。

使用位与来读取目标空间的第n位开始长度为L的数据串

使用位或来读取目标空间的第n位开始长度为L的数据串

我们要实现：对于第n字节进行写入数据和读取数据，同时其他3字节的数据不能受影响。

让我们利用Python来做这个实验，为方便表示，我们利用十六进制的表示方法来演示。

1个十六进制位相当于4个二进制位，所以1个字节的8位在十六进制的表示方法里占2个十六进制位，比如二进制数 11110001 等于十六进制数 f1。

在Python中十六进制数据 f1 用 0xf1 表示。

向指定字节写入数据

当被写入的空间的二进制位全是0的时候

注意，被写入的那一字节空间在写入前必须是全0！

例如：我们有一个int类型的4字节数据

a = 0xab120056

让我们从二进制的角度来考虑，它的第二字节为全为0，我们要向它的第二字节写入数据 0x34

关键一步来了，我们要构造另一个int类型数据，其第二字节的数据是我们想要写入的数据 0x34，其他3字节都是0

我们把这个构造的新int数据叫做掩码

即

mask = 0x00003400

我们也可以用位的位移操作符 << 来构造这个掩码，只需要将数据位左移指定字节就好，比如我们要移动到第二字节就左移8位，第三字节就左移16位。

mask = 0x34 << 8

获得了包含有我们要写入的数据的掩码后，我们就可以进行写入操作了

我们只需要将被写入的数据和掩码做位或，将得到的值写回被写入的空间就行了

即

a = a|mask

至此，数据 0x34 已经被写入了int变量a所在的空间的第二字节，并且其他数据没有受到影响

print("a=“,a) # a=0xab123456

当被写入的空间的二进制位不是全是0的时候

如果被写入的那一字节在写入前不为全零，我们是不能按上边的方法直接构造掩码并写入的，我们要先将原来的非全零数据进行擦除，即先设法将其全置为零。

让我们对于数据a = 0xab123456的第三字节进行擦除

同样，我们再构造一个和被操作数据等长的掩码，将掩码的要擦除的字节位置全置为0，不希望擦出的字节位置全置为1。

我们要擦除第三字节，就将掩码的第三字节的二进制位全置为0，其余部分全置为1

mask = 0xff00ffff

让我们对于目标的第三字节进行擦除，只需用掩码与被操作的数据进行位与操作，将得到的值覆盖掉原来的值就好

a = a&mask

至此，第三字节的数据已经被擦除，即全置为0，并且其他数据没有受到影响

print("a=“,a) # a=0xab003456

擦除后，我们就可以像上边那样对于这一字节进行写入了，不再赘述。

从指定字节读取数据

我们已经成功地对于指定字节写入了数据，当我们想使用这些数据的时候，需要把它们读取出来。

假如我们有数据 a=0xab123456

我们想读取其第二字节的数据0x34

我们只需要构造一个这样的掩码，其第二字节二进制位全为1，其余位全为0

即

mask = 0x0000ff00

我们要读取目标数据的第二字节，只需要使用掩码与目标数据进行位与，再将得到的结果进行右位移，将想要的数据位移到最低位即可

即

a = a&mask

print("a=“,a) # a=0x00003400

a = a >> 8

print("a=“,a) # a=0x00000034

至此，我们就成功的从指定数据的第二字节读取了数据。

封装好的读写指定字节的python函数

def writeByte(var_to, data, which_byte):
    # 构造含有数据的写入掩码
    mask_data = data << (which_byte-1)*8
    # 构造擦除指定字节的擦除掩码
    mask_tozero = ~(0xff << (which_byte-1)*8)
    # 不管要写入的位原来是什么情况，一律先擦除
    var_to =  var_to & mask_tozero
    # 写入数据
    var_to = var_to | mask_data
    return var_to


def readByte(var_from, which_byte):
    # 构造可以读取指定字节的读取掩码
    mask_read = 0xff << (which_byte-1)*8
    # 读取数据
    data = var_from & mask_read
    # 提取数据
    data = data >> (which_byte-1)*8
    return data

# 原始数据
a = 0xab123456
# 写入在第二字节写入数据 0xcd
a = writeByte(a, 0xcd, 2)
# 打印一下
print(hex(a))  # 0xab12cd56
# 读取第二字节的数据
data = readByte(a, 2)
# 打印一下
print(hex(data))  # 0xcd