C设置一点(位操作)

Question

我正在编程工业plc,我必须操纵位以进行与VFD的profi-bus通信.我得到2byte状态,必须发送2byte命令.对于此操作,我必须设置位以使VFD运行.例如:

                   Byte n+1           Byte n
PLC    -->  --------------------- ---------------   --> VFD
            15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
            ---------+--------- | | | | -+- | | +- 0: Reglersperre / Freigabe
                     |          | | | |  |  | +--- 1: Freigabe / Schnellstopp
                     |          | | | |  |  +----- 2: Freigabe / Halt
                     |          | | | |  +-------- 3..4: reserviert = 0
                     |          | | | +------------5: Parametersatz-Umschaltung
                     |          | | +------------- 6: Reset
                     |          | +--------------- 7: reserviert = 0
                     |          |
                     |          +----------------- 8: Lüften der Bremse ohne Antreibsfreigabe
                     +---------------------------- 9..15: reserviert = 0

所以我必须将位0设置为在操作模式下设置VFD.然后我需要设置第2位来启动驱动器.

现在我发现了一个问题,其中描述了位操作,我发现这个解决方案应该可行,但我并不理解它.

有人可以解释为什么这有效或不起作用？

uint16_t change_bit(uint16_t command, unsigned int bit_nr, unsigned int val) {
  /* command = 2byte command; bit_nr = bit to manipulate;
     val = value bit should get (1;0) */
  command ^= (-val ^ command) & (1U  << bit_nr);
  return command;
}

Answer 1

这确实是一个巧妙的技巧，可以在不分支的情况下进行一些修改。以下解释假设您了解按位运算符的工作原理。

让我们从重新排列表达式开始

(-val ^ command) & (1 << bit_nr)

首先，我们交换-val和command

(command ^ -val) & (1 << bit_nr)

然后应用分配律

(command & (1 << bit_nr)) ^ (-val & (1 << bit_nr))

现在，认识到（假设二进制补码）如果val为 0，-val则为 0（未设置位），如果val为 1，-val则为 -1（设置所有位）

(command & (1 << bit_nr)) ^ (val ? (1 << bit_nr) : 0)

所以赋值可以重写为 if 语句

if (val)
    command ^= (command & (1 << bit_nr)) ^ (1 << bit_nr);
else
    command ^= command & (1 << bit_nr);

如果val为 1，则位置处的位bit_nr与其否定值进行异或运算，该值始终设置该位。如果val为 0，则该位与其自身进行异或，这始终会清除该位。所有其他位与 0 进行异或，保持不变。

这是一个更易读的无分支版本，它用按位运算换取移位：

uint16_t change_bit(uint16_t command, unsigned int bit_nr, unsigned int val) {
  // Always clear the bit.
  command &= ~(1u << bit_nr);
  // Set the bit if val == 1.
  command |= val << bit_nr;
  return command;
}