Operaciones bit a bit en VB.NET

VB.NET no admite operaciones de nivel de bit directamente. Framework 1.1 (VB.NET 2003) introdujo operadores de desplazamiento de bits (<< y >>), pero no hay disponible ninguna forma de propósito general para manipular bits individuales. Operaciones de bits lata Ser muy útil. Por ejemplo, su programa podría tener que interactuar con otro sistema que requiera manipulación de bits. Pero además, hay muchos trucos que se pueden hacer usando bits individuales. Este artículo analiza lo que se puede hacer con la manipulación de bits usando VB.NET.

Necesitas entender operadores bit a bit antes de nada. En VB.NET, estos son:

Bitwise simplemente significa que las operaciones se pueden realizar en dos números binarios bit por bit. Microsoft usa tablas de verdad para documentar operaciones bit a bit. La tabla de verdad para Y es:

1er bit 2do bit Resultado
1 1 1
1 0 0
0 1 0
0 0 0

En mi escuela, enseñaban Karnaugh mapas en su lugar. El mapa de Karnaugh para las cuatro operaciones se muestra en la siguiente ilustración.

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Aquí hay un ejemplo simple usando el Y operación con dos números binarios de cuatro bits:

El resultado de 1100 Y 1010 es 1000.

Eso es porque 1 Y 1 es 1 (el primer bit) y el resto son 0.

Para empezar, echemos un vistazo a las operaciones de bits que son directamente soportado en VB.NET: poco cambiante. Aunque tanto el desplazamiento a la izquierda como el desplazamiento a la derecha están disponibles, funcionan de la misma manera, por lo que solo se analizará el desplazamiento a la izquierda. El desplazamiento de bits se usa con mayor frecuencia en criptografía, procesamiento de imágenes y comunicaciones.

Operaciones de desplazamiento de bits de VB.NET ...

• Solo trabaje con los cuatro tipos de enteros: Byte, Corto, Enteroy Largo
• Son aritmética operaciones de desplazamiento. Eso significa que los bits desplazados más allá del final del resultado se desechan y las posiciones de bits abiertas en el otro extremo se ponen a cero. La alternativa se llama desplazamiento circular de bits y los bits desplazados más allá de un extremo simplemente se agregan al otro. VB.NET no admite el desplazamiento circular de bits directamente. Si lo necesita, deberá codificarlo a la antigua: multiplicando o dividiendo por 2.
• Nunca genere una excepción de desbordamiento. VB.NET se ocupa de cualquier posible problema y te mostraré lo que eso significa. Como se señaló, puede codificar su propio desplazamiento de bits multiplicando o dividiendo por 2, pero si usa el enfoque "codifique su propio", debe probar las excepciones de desbordamiento que pueden hacer que su programa choque.

Una operación de desplazamiento de bits estándar se vería así:

Dim StartingValue As Integer = 14913080
Dim ValueAfterShifting As Integer
ValueAfterShifting = StartingValue << 50

En palabras, esta operación toma el valor binario 0000 0000 1110 0011 1000 1110 0011 1000 (14913080 es el valor decimal equivalente; tenga en cuenta que es solo una serie de 3 0 y 3 1 repetidos varias veces) y lo desplaza 50 lugares a la izquierda. Pero como un número entero tiene solo 32 bits de largo, cambiarlo 50 lugares no tiene sentido. VB.NET resuelve este problema al enmascaramiento el recuento de turnos con un valor estándar que coincide con el tipo de datos que se está utilizando. En este caso, ValueAfterShifting es un Entero entonces el máximo que se puede cambiar es 32 bits. El valor de máscara estándar que funciona es 31 decimal o 11111.

Enmascaramiento significa que el valor, en este caso 50, es YEd con la máscara. Esto proporciona el número máximo de bits que realmente se pueden cambiar para ese tipo de datos.

En decimal:

50 y 31 es 18 - El número máximo de bits que se pueden desplazar

En realidad tiene más sentido en binario. Los bits de orden superior que no se pueden usar para la operación de desplazamiento simplemente se eliminan.

110010 y 11111 es 10010

Cuando se ejecuta el fragmento de código, el resultado es 954204160 o, en binario, 0011 1000 1110 0000 0000 0000 0000 0000. Los 18 bits en el lado izquierdo del primer número binario se desplazan y los 14 bits en el lado derecho se desplazan hacia la izquierda.

El otro gran problema con los bits de desplazamiento es lo que sucede cuando el número de lugares para cambiar es un número negativo. Usemos -50 como el número de bits para cambiar y ver qué sucede.

ValueAfterShifting = StartingValue << -50

Cuando se ejecuta este fragmento de código, obtenemos -477233152 o 1110 0011 1000 1110 0000 0000 0000 0000 en binario. El número se ha desplazado 14 lugares restantes. ¿Por qué 14? VB.NET supone que el número de lugares es un entero sin signo y hace un Y operación con la misma máscara (31 para enteros).

1111 1111 1111 1111 1111 1111 1100 1110
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111
(Y)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1110

1110 en binario es 14 decimal. Tenga en cuenta que esto es lo contrario de cambiar 50 lugares positivos.

En la página siguiente, pasamos a otras operaciones de bits, comenzando con Cifrado Xor!

Mencioné que un uso de las operaciones de bits es el cifrado. El cifrado Xor es una forma popular y sencilla de "cifrar" un archivo. En mi artículo, Cifrado muy simple usando VB.NET, te muestro una mejor manera de usar la manipulación de cadenas. Pero el cifrado Xor es tan común que merece al menos ser explicado.

Cifrar una cadena de texto significa traducirla a otra cadena de texto que no tenga una relación obvia con la primera. También necesita una forma de descifrarlo nuevamente. El cifrado Xor traduce el código ASCII binario para cada carácter de la cadena en otro carácter utilizando la operación Xor. Para hacer esta traducción, necesita otro número para usar en el Xor. Este segundo número se llama la clave.

El cifrado Xor se denomina "algoritmo simétrico". Esto significa que también podemos usar la clave de cifrado como clave de descifrado.

Usemos "A" como clave y encriptemos la palabra "Básico". El código ASCII para "A" es:

0100 0001 (decimal 65)

El código ASCII para Basic es:

B - 0100 0010
a - 0110 0001
s - 0111 0011
i - 0110 1001
c - 0110 0011

los Xor de cada uno de estos es:

0000 0011 - decimal 3
0010 0000 - decimal 32
0011 0010 - 50 decimal
0010 1000 - 40 decimal
0010 0010 - decimal 34

Esta pequeña rutina hace el truco:

- Cifrado Xor -
Dim i As Short
ResultString. Texto = ""
Dim KeyChar como entero
KeyChar = Asc (EncryptionKey. Texto)
Para i = 1 a Len (InputString. Texto)
ResultString. Texto & = _
Chr (KeyChar Xor _
Asc (Mid (InputString. Texto, i, 1)))
próximo

El resultado se puede ver en esta ilustración:

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Para revertir el cifrado, simplemente copie y pegue la cadena del cuadro de texto del resultado en el cuadro de texto de cadena y haga clic nuevamente en el botón.

Otro ejemplo de algo que puede hacer con operadores bit a bit es intercambiar dos enteros sin declarar una tercera variable para almacenamiento temporal. Este es el tipo de cosas que solían hacer en programas de lenguaje ensamblador hace años. No es demasiado útil ahora, pero algún día podrías ganar una apuesta si puedes encontrar a alguien que no crea que puedes hacerlo. En cualquier caso, si todavía tiene preguntas sobre cómo Xor funciona, trabajar a través de esto debería ponerlos a descansar. Aquí está el código:

Dim FirstInt As Integer
Dim SecondInt As Integer
FirstInt = CInt (FirstIntBox. Texto)
SecondInt = CInt (SecondIntBox. Texto)
FirstInt = FirstInt Xor SecondInt
SecondInt = FirstInt Xor SecondInt
FirstInt = FirstInt Xor SecondInt
ResultBox. Text = "Primer entero:" & _
PrimeroInt. Encadenar & " - " & _
"Segundo entero:" & _
SecondInt. Encadenar

Y aquí está el código en acción:

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Averiguar exactamente por qué esto funciona se dejará como "un ejercicio para el estudiante".

En la página siguiente, alcanzamos el objetivo: manipulación general de bits

Aunque estos trucos son divertidos y educativos, todavía no pueden sustituir la manipulación general de bits. Si realmente llega al nivel de bits, lo que desea es una forma de examinar bits individuales, establecerlos o cambiarlos. Ese es el código real que falta en .NET.

Quizás la razón por la que falta es que no es tan difícil escribir subrutinas que logren lo mismo.

Una razón típica por la que puede querer hacer esto es mantener lo que a veces se llama byte de bandera. Algunas aplicaciones, especialmente aquellas escritas en lenguajes de bajo nivel como ensamblador, mantendrán ocho banderas booleanas en un solo byte. Por ejemplo, el registro de estado del chip del procesador 6502 contiene esta información en un solo byte de 8 bits:

Bit 7 Bandera negativa
Bit 6. Bandera de desbordamiento
Bit 5. No usado
Bit 4 Romper la bandera
Bit 3 Bandera decimal
Bit 2 Indicador de interrupción-desactivación
Bit 1 Bandera cero
Bit 0. Llevar bandera

(de Wikipedia)

Si su código tiene que funcionar con este tipo de datos, necesita un código de manipulación de bits de uso general. ¡Este código hará el trabajo!

'ClearBit Sub borra el enésimo bit basado en 1
'(MyBit) de un entero (MyByte).
Sub ClearBit (ByRef MyByte, ByVal MyBit)
Dim BitMask como Int16
'Cree una máscara de bits con el conjunto de bits de potencia 2 a la enésima:
BitMask = 2 ^ (MyBit - 1)
'Borrar el enésimo bit:
MyByte = MyByte y no BitMask
End Sub
'La función ExamineBit devolverá Verdadero o Falso
'dependiendo del valor del enésimo bit basado en 1 (MyBit)
'de un entero (MyByte).
Función ExamineBit (ByVal MyByte, ByVal MyBit) como booleano
Dim BitMask como Int16
BitMask = 2 ^ (MyBit - 1)
ExamineBit = ((MyByte y BitMask)> 0)
Función final
'El SetBit Sub establecerá el enésimo bit basado en 1
'(MyBit) de un entero (MyByte).
Sub SetBit (ByRef MyByte, ByVal MyBit)
Dim BitMask como Int16
BitMask = 2 ^ (MyBit - 1)
MyByte = MyByte o BitMask
End Sub
'El Sub ToggleBit cambiará el estado
'del enésimo bit basado en 1 (MyBit)
'de un entero (MyByte).
Sub ToggleBit (ByRef MyByte, ByVal MyBit)
Dim BitMask como Int16
BitMask = 2 ^ (MyBit - 1)
MyByte = MyByte Xor BitMask
End Sub

Para demostrar el código, esta rutina lo llama (parámetros no codificados en Click Sub):

Private Sub ExBitCode_Click (...
Dim Byte1, Byte2 como Byte
Dim MyByte, MyBit
Dim StatusOfBit As Boolean
Dim SelectedRB como cadena
StatusLine. Texto = ""
SelectedRB = GetCheckedRadioButton (Me) .Name
Byte1 = ByteNum. Número de texto que se convertirá en banderas de bits
Byte2 = BitNum. Texto 'Bit para alternar
'Lo siguiente borra el byte de alto orden y devuelve solo el
'byte de bajo orden:
MyByte = Byte1 Y & HFF
MyBit = Byte2
Seleccionar caso seleccionadoRB
Caso "ClearBitButton"
ClearBit (MyByte, MyBit)
StatusLine. Texto = "Nuevo byte:" y MyByte
Caso "ExamineBitButton"
StatusOfBit = ExamineBit (MyByte, MyBit)
StatusLine. Text = "Bit" y MyBit & _
"es" y StatusOfBit
Caso "SetBitButton"
SetBit (MyByte, MyBit)
StatusLine. Texto = "Nuevo byte:" y MyByte
Caso "ToggleBitButton"
ToggleBit (MyByte, MyBit)
StatusLine. Texto = "Nuevo byte:" y MyByte
Seleccionar final
End Sub
Función privada GetCheckedRadioButton (_
ByVal Parent como control) _
Como RadioButton
Dim FormControl como control
Dim RB como RadioButton
Para cada FormControl en padre. Control S
Si FormControl. GetType () es GetType (RadioButton) Entonces
RB = DirectCast (FormControl, RadioButton)
Si RB está marcado, entonces devuelve RB
Terminara si
próximo
No devolver nada
Función final

El código en acción se ve así:

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