58、C编程中的位操作与属性应用-优快云博客

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C#编程中的位操作与属性应用

1. 位操作基础

在C#编程里，位操作是一项强大的工具。我们先来看看如何通过位操作处理角色类别的组合。

假设有一个战士（fighter）的二进制表示为 10000000 ，一个巫师（wizard）的二进制表示为 00100000 ，当我们把它们组合起来时，多类别（multiClass）就是 10100000 。若要移除巫师类别，只需对 multiClass 使用异或操作符 ^ ，用 10100000 ^ 10000000 ，结果就是 00100000 。

以下是位操作的常用规则：
- 添加位 ：使用或操作符 | 。
- 检查位 ：使用与操作符 & 。
- 移除位 ：使用异或操作符 ^ 。

在上述例子中，当我们检查 multiClass 时，就能确定其中包含的类别。比如要检查 multiClass 是否包含盗贼（thief）类别，同样可以使用上述规则。

为了避免代码重复，我们可以编写函数来完成这些操作。首先从添加位到一个值的操作开始。

2. 设置位标志

在分配了角色类别（characterClass）后，我们可能需要添加新的类别。由于枚举（enum）不能直接扩展，我们可以使用类似 addClass(my current class, class im adding) 的函数。

例如，新手（newbie）初始是巫师，我们可以使用 addClass() 函数为其添加第二个值。若要移除某个类别，也有类似的操作，如 removeClass(newbie, characterClass.archer) 可以移除弓箭手标志。

我们还可以使用布尔值来检查某个类别是否包含特定值，示例函数如下：

// 检查标志是否存在的函数
bool CheckFlag(characterClass currentClass, characterClass flagToCheck)
{
    return (currentClass & flagToCheck) == flagToCheck;
}

这个函数简单地检查标志是否存在，如果存在则返回 true ，否则返回 false 。它可以用于检查角色是否具备某种能力，如是否可以使用弓箭或开锁。

3. 位操作快捷方式

在分配枚举时，我们可以使用一些快捷操作符来简化代码。比如，若要实现 a = a | b; ，可以使用 a |= b; ，这和 a = a + b; 可以写成 a += b; 类似。同样， a = a ^ b; 可以替换为 a ^= b; 。

4. 数字中的位检查

我们要记住，位操作本质上是在处理数字。利用这一点，我们可以使用 & 操作符轻松检查一个数是奇数还是偶数。奇数的二进制表示最后一位总是 1 ，偶数则为 0 。示例代码如下：

bool even = (number & 1) == 0;

这个方法和 number % 2 == 0 的效果相同，但在大多数CPU上执行速度更快。

5. 位移动操作

在定义枚举时，若有很多不同的类别，手动计算每个类别的值容易出错。这时，位移动操作符 >> 和 << 就能派上用场。

例如，我们的枚举可以写成 farmer = 0x00, fighter = 0x01, archer = 0x08 等形式。如果需要添加第九个类别，只需在末尾添加 monk = 1 << 9 。

<< 操作符的作用是将 1 向右移动操作符后面数字指定的位数。比如 0011 （即十进制的 3 ）左移一位变成 0110 （十进制的 6 ）， 6 << 1 变成 1100 （十进制的 12 ），这相当于乘以 2 。

下面是位移动操作的流程图：

graph TD;
    A[初始值] --> B[左移操作];
    B --> C[得到新值];
    C --> D[新值可继续左移];
    D --> B;

6. 位操作的应用场景

计算机的数学运算方式和我们习惯的不同，使用二进制系统作为标志集合或枚举，可以在一个值中控制大量信息。例如，一个64位整数可以存储64个独特的布尔值。

在经典游戏中，最高分通常以某种数字形式存储，了解数字的限制可以避免出现分数溢出等问题。如今，许多通过蓝牙通信的硬件使用范围有限的数字类型，游戏控制器可以使用单个整数通过位掩码发送模拟摇杆的值。

无线控制器可能发送一个16位的值作为方向信息，前5位表示俯仰（pitch），接下来6位表示偏航（yaw），最后5位表示滚动（roll）。颜色也可以通过类似的编码方式压缩到一个16位数字中。

掌握位掩码、位移动和数字解码的技巧，可以扩展游戏开发的能力，例如让Arduino等设备向游戏发送自定义输入。

7. C#中的属性

在使用编辑器时，我们可以通过Unity 3D特定的属性（Attributes）添加新的菜单项、窗口和其他有用工具。属性是C#语言的一个扩展层，它可以增强计算机对代码的理解。

属性使用方括号 [] 来表示，允许代码读取额外的信息。反射（Reflection）可以让代码查找函数或类型的额外信息，包括类中的字段、函数或类本身。

8. 序列化属性

在Unity 3D中，我们经常使用 [Serializable] 属性来表示需要游戏保存的字段或值。例如，当我们创建自定义数据结构和公共设置时，普通的简单数据（POD）会自动序列化，但自定义的数据类型需要使用 [Serializable] 标记才能被保存。

以下是一个基本示例：

using System;

// 定义一个可序列化的类
[Serializable]
public class DataParameters
{
    public int Players;
    public DataParameters ParameterData;
}

如果没有 [Serializable] 属性，编辑器的检查器面板不会显示新信息。添加该属性后，类的公共成员会在检查器面板中可见，并且数据可以保存到场景中。

我们还可以使用其他属性来控制变量在编辑器中的显示和保存。例如，添加一个属性可以隐藏变量在检查器面板中的显示，但仍然保持其公共访问权限。

9. 自定义属性

自定义属性允许我们为对象准备特定信息。创建自定义属性后，我们可以使用反射查找特定属性。

例如，我们可以创建一个自定义属性类：

// 自定义属性类
[AttributeUsage(AttributeTargets.All)]
public class CustomAttribute : Attribute
{
    public string Info { get; set; }
    public CustomAttribute(string info)
    {
        Info = info;
    }
}

然后在类上使用该属性：

// 使用自定义属性的类
[Custom("This is a custom tag")]
public class MyClass
{
    // 类的内容
}

通过 GetCustomAttributes() 函数可以获取类上的自定义标签。

10. 用于默认值的自定义属性

在Unity中设置字段的默认值通常在预制体（Prefab）或检查器中完成，但在运行时获取这些值可能比较困难。

属性可以保存类的值，但只能保存直接继承自 object 的值，大多数Unity特定的数据类型如 Vector3 和 GameObject 不能存储在属性中。属性构造函数通常用于存储简单类型或POD类型。

以下是一个示例：

// 自定义属性用于保存默认值
[AttributeUsage(AttributeTargets.Field)]
public class DefaultValueAttribute : Attribute
{
    public object DefaultValue { get; set; }
    public DefaultValueAttribute(object value)
    {
        DefaultValue = value;
    }
}

// 使用自定义属性的类
public class MyDataClass
{
    [DefaultValue(10)]
    public int MyField;
}

我们可以使用 GetFields() 函数和反射来检查和设置带有标签的字段的值。

11. 多个属性的使用

每个自定义属性应该有特定的用途。如果需要为类成员添加多个属性，可以堆叠使用。

例如：

[AttributeUsage(AttributeTargets.All, AllowMultiple = true, Inherited = true)]
public class SpecialAttribute : Attribute { }

[AttributeUsage(AttributeTargets.All, AllowMultiple = true, Inherited = false)]
public class SuperficialAttribute : Attribute { }

// 基类
[Special, Superficial]
public class BaseThing { }

// 派生类
public class SuperThing : BaseThing { }

在上述例子中， BaseThing 类有 Special 和 Superficial 两个属性，而 SuperThing 类继承自 BaseThing ，但由于 Superficial 属性的 Inherited 设置为 false ，所以 SuperThing 类只有 Special 属性。

我们可以通过检查属性类型并进行类型转换来提取属性信息并使用。

12. 属性的实际应用

为了让属性更有用，我们可以创建不依赖于 Update() 函数的特殊类。 MonoBehavior 基类可以让这些类更易于控制。

例如，我们可以创建一个 UpdateAttribute 属性：

// 自定义更新属性
[AttributeUsage(AttributeTargets.Method)]
public class UpdateAttribute : Attribute
{
    public float Delay { get; set; }
    public UpdateAttribute(float delay)
    {
        Delay = delay;
    }
}

// 包含更新方法的类
public class HasUpdates
{
    [Update(0.5f)]
    public void UpdateMethod1()
    {
        Console.WriteLine("Got Updated");
    }

    [Update(3f)]
    public void UpdateMethod2()
    {
        Console.WriteLine("Also Got Updated");
    }

    public void NonTaggedMethod()
    {
        // 未标记的方法
    }
}

我们可以创建 HasUpdates 类的实例，然后使用反射查找带有 UpdateAttribute 的方法，并将它们添加到更新方法列表中，从而实现按指定频率更新的功能。

通过合理运用位操作和属性，我们可以在C#编程中实现更高效、灵活的代码，尤其在游戏开发等领域有着广泛的应用。

C#编程中的位操作与属性应用

13. 反射在属性应用中的深入解析

反射是C#中一个强大的特性，它允许程序在运行时检查和操作类型、方法、字段等。在属性的应用中，反射起着关键作用。

当我们使用自定义属性时，通过反射可以获取类、方法或字段上的属性信息。例如，对于前面定义的 CustomAttribute 和 MyClass ：

// 获取类上的自定义属性
var type = typeof(MyClass);
var attributes = type.GetCustomAttributes(typeof(CustomAttribute), true);
foreach (CustomAttribute attribute in attributes)
{
    Console.WriteLine(attribute.Info);
}

上述代码通过 GetCustomAttributes 方法获取 MyClass 类上的 CustomAttribute 属性，并遍历输出其信息。

反射还可以用于动态调用带有特定属性的方法。以下是一个示例，展示如何使用反射调用带有 UpdateAttribute 的方法：

// 获取类的类型
var hasUpdatesType = typeof(HasUpdates);
// 创建类的实例
var hasUpdatesInstance = Activator.CreateInstance(hasUpdatesType);
// 获取类的所有方法
var methods = hasUpdatesType.GetMethods();
foreach (var method in methods)
{
    // 获取方法上的 UpdateAttribute 属性
    var updateAttributes = method.GetCustomAttributes(typeof(UpdateAttribute), true);
    if (updateAttributes.Length > 0)
    {
        var updateAttribute = (UpdateAttribute)updateAttributes[0];
        // 这里可以根据 updateAttribute.Delay 实现定时调用
        method.Invoke(hasUpdatesInstance, null);
    }
}

这个示例中，我们首先获取 HasUpdates 类的类型和实例，然后遍历其所有方法。对于带有 UpdateAttribute 属性的方法，我们获取属性的 Delay 值，并可以根据该值实现定时调用。

14. 位操作与属性的综合应用案例

在实际的游戏开发中，位操作和属性可以结合使用，实现更复杂的功能。例如，我们可以使用位操作来管理角色的技能状态，同时使用属性来标记技能的特殊效果。

首先，定义技能枚举和技能状态的位操作：

// 技能枚举
[Flags]
public enum Skills
{
    None = 0,
    Fireball = 1 << 0,
    IceShield = 1 << 1,
    LightningStrike = 1 << 2
}

// 角色类
public class Character
{
    public Skills AvailableSkills { get; set; }

    public void AddSkill(Skills skill)
    {
        AvailableSkills |= skill;
    }

    public void RemoveSkill(Skills skill)
    {
        AvailableSkills ^= skill;
    }

    public bool HasSkill(Skills skill)
    {
        return (AvailableSkills & skill) == skill;
    }
}

在上述代码中，我们使用 [Flags] 属性标记 Skills 枚举，允许使用位操作来组合多个技能。 Character 类提供了添加、移除和检查技能的方法。

接下来，定义一个自定义属性来标记技能的特殊效果：

// 技能特殊效果属性
[AttributeUsage(AttributeTargets.Field)]
public class SkillEffectAttribute : Attribute
{
    public string Effect { get; set; }
    public SkillEffectAttribute(string effect)
    {
        Effect = effect;
    }
}

// 为技能添加特殊效果属性
public enum Skills
{
    [SkillEffect("造成大量火焰伤害")]
    Fireball = 1 << 0,
    [SkillEffect("提供冰系护盾保护")]
    IceShield = 1 << 1,
    [SkillEffect("释放强大的闪电攻击")]
    LightningStrike = 1 << 2
}

我们可以使用反射来获取技能的特殊效果信息：

// 获取技能的特殊效果信息
var skillType = typeof(Skills);
foreach (var skill in Enum.GetValues(skillType))
{
    var field = skillType.GetField(skill.ToString());
    var effectAttribute = field.GetCustomAttribute<SkillEffectAttribute>();
    if (effectAttribute != null)
    {
        Console.WriteLine($"技能 {skill}: {effectAttribute.Effect}");
    }
}

这个示例展示了如何将位操作和属性结合使用，实现角色技能管理和技能效果信息的存储与获取。

15. 性能优化考虑

在使用位操作和属性时，性能是一个需要考虑的因素。

对于位操作，由于其直接操作二进制位，通常执行速度非常快。例如，检查奇数偶数的位操作 (number & 1) == 0 比 number % 2 == 0 更快。但在使用位操作时，要注意避免过度复杂的位运算，以免影响代码的可读性。

属性的使用也需要谨慎。反射操作虽然强大，但会带来一定的性能开销。尤其是在频繁调用的代码中，大量使用反射可能会导致性能下降。因此，在性能敏感的场景中，应尽量减少反射的使用。

以下是一个性能对比表格，展示位操作和传统运算的性能差异：
| 操作类型 | 示例代码 | 性能特点 |
| ---- | ---- | ---- |
| 位操作（检查奇偶） | (number & 1) == 0 | 速度快，直接操作二进制位 |
| 传统运算（检查奇偶） | number % 2 == 0 | 速度相对较慢，涉及取模运算 |

16. 总结与展望

通过本文的介绍，我们了解了C#编程中位操作和属性的基本概念、使用方法和应用场景。位操作可以高效地处理二进制数据，实现角色类别组合、技能状态管理等功能；属性则可以为代码添加额外的元信息，通过反射实现动态检查和操作。

在未来的开发中，我们可以进一步探索位操作和属性的应用。例如，结合多线程编程，使用位操作来实现线程安全的标志管理；利用属性和反射实现更智能的代码生成和配置管理。

同时，随着技术的不断发展，C#语言也在不断更新和完善。我们可以关注新的语言特性和库，将其与位操作和属性结合使用，创造出更高效、灵活的代码。

在实际项目中，合理运用位操作和属性可以提高代码的可维护性和性能。希望本文能为开发者在C#编程中提供一些有用的参考和启示。

以下是一个总结流程图，展示位操作和属性的应用流程：

graph LR;
    A[位操作] --> B[角色类别管理];
    A --> C[技能状态管理];
    D[属性] --> E[自定义标签];
    D --> F[默认值设置];
    E --> G[反射查找属性];
    F --> H[运行时获取默认值];
    B --> I[综合应用];
    C --> I;
    G --> I;
    H --> I;

通过合理运用位操作和属性，我们可以在C#编程中实现更高效、灵活的代码，尤其在游戏开发等领域有着广泛的应用。