В информатике маска или битовая маска — это данные , которые используются для побитовых операций , особенно в битовых полях . Используя маску, несколько битов в байте , полубайте , слове и т. д. могут быть включены или выключены, либо инвертированы из включенного в выключенное состояние (или наоборот) за одну побитовую операцию. Дополнительное использование маскировки включает в себя предикацию при векторной обработке , где битовая маска используется для выбора, какие операции с элементами в векторе должны выполняться (бит маски включен), а какие нет (бит маски сброшен).
Чтобы включить определенные биты, можно использовать побитовую операцию, следуя ORпринципу и Y OR 1 = 1. Y OR 0 = YПоэтому, чтобы убедиться, что бит включен, ORможно использовать файл 1. Чтобы оставить немного неизменным, ORиспользуется с расширением 0.
Пример: Маскирование старшего полубайта (биты 4, 5, 6, 7), оставляя младший полубайт (биты 0, 1, 2, 3) неизменным .
1001 0101 1010 0101 ИЛИ 1111 0000 1111 0000 = 1111 0101 1111 0101
На практике чаще всего биты «маскируются » (или маскируются в 0), чем «маскируются » (или маскируются в 1). Когда бит ANDизменяется на 0, результат всегда равен 0, Y AND 0 = 0т.е. Чтобы оставить остальные биты такими, какими они были изначально, их можно ANDизменить с 1помощьюY AND 1 = Y
Пример: маскирование старшего полубайта ( биты 4, 5, 6, 7), оставляя младший полубайт (биты 0, 1, 2, 3) неизменным.
1001 0101 1010 0101И 0000 1111 0000 1111 = 0000 0101 0000 0101
Можно использовать битовые маски, чтобы легко проверять состояние отдельных битов независимо от других битов. Для этого побитовое отключение всех остальных битов ANDпроизводится, как обсуждалось выше, и значение сравнивается с 0. Если оно равно 0, то бит выключен, но если значение любое другое, то бит включен. Что делает это удобным, так это то, что нет необходимости выяснять, каково на самом деле значение, просто это не так 0.
Пример: Запрос состояния 4-го бита
1001 1 101 1001 0 101И 0000 1 000 0000 1 000 = 0000 1 000 0000 0 000
До сих пор в статье рассматривалось, как включать и выключать биты, но не то и другое одновременно. Иногда не имеет особого значения, какое значение имеет значение, но его необходимо сделать противоположным тому, какое оно есть в данный момент. Этого можно добиться с помощью операции XOR(исключающее или) . XORвозвращает значение 1 тогда и только тогда, когда нечетное число бит равно 1. Следовательно, если два соответствующих бита равны 1, результатом будет 0, но если только один из них равен 1, результат будет 1. Поэтому инверсия значений битов выполняется путем XORих ввода с помощью 1. Если исходный бит был 1, он возвращается 1 XOR 1 = 0. Если исходный бит был, 0он возвращает 0 XOR 1 = 1. Также обратите внимание, что XORмаскирование является битобезопасным, то есть оно не влияет на немаскированные биты Y XOR 0 = Y, поскольку OR.
Пример: переключение значений битов
10011101 10010101Исключающее ИЛИ 00001111 11111111 = 10010010 01101010
Чтобы записать произвольные 1 и 0 в подмножество битов, сначала запишите 0 в это подмножество, а затем установите старшие биты:
регистр = (регистр и ~битовая маска) | ценить;
В языках программирования, таких как C , битовые поля являются полезным способом передачи набора именованных логических аргументов в функцию. Например, в графическом API OpenGL есть команда, glClear()очищающая экран или другие буферы. Он может очищать до четырех буферов (буфер цвета, глубины, накопления и трафарета ), поэтому авторы API могли использовать четыре аргумента. Но тогда вызов к нему будет выглядеть так
glClear ( 1 , 1 , 0 , 0 ); // На самом деле glClear работает не так, и это может привести к нестабильности кода. что не очень наглядно. Вместо этого есть четыре определенных бита поля: GL_COLOR_BUFFER_BIT, GL_DEPTH_BUFFER_BIT, GL_ACCUM_BUFFER_BIT, и GL_STENCIL_BUFFER_BITобъявляется glClear()как
void glClear ( биты GLbitfield ); Тогда вызов функции выглядит так
glClear ( GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT ); Внутри функция, принимающая такое битовое поле, может использовать двоичный код andдля извлечения отдельных битов. Например, реализация glClear()может выглядеть так:
void glClear ( GLbitfield bits ) { if (( bits & GL_COLOR_BUFFER_BIT ) != 0 ) { // Очистить буфер цвета. } if (( bits & GL_DEPTH_BUFFER_BIT ) != 0 ) { // Очистка буфера глубины. } if (( bits & GL_ACCUM_BUFFER_BIT ) != 0 ) { // Очистка буфера накопления. } if (( bits & GL_STENCIL_BUFFER_BIT ) != 0 ) { // Очищаем буфер трафарета. } } Преимущество этого подхода заключается в том, что уменьшаются накладные расходы на аргументы функции. Поскольку минимальный размер данных составляет один байт, разделение опций на отдельные аргументы привело бы к потере семи бит на аргумент и заняло бы больше места в стеке. Вместо этого функции обычно принимают одно или несколько 32-битных целых чисел, каждое из которых содержит до 32 битов опций. Несмотря на элегантность, в простейшей реализации это решение не является типобезопасным . A GLbitfieldпросто определяется как unsigned int, поэтому компилятор допускает бессмысленный вызов glClear(42)или даже glClear(GL_POINTS). В C++ альтернативой было бы создание класса для инкапсуляции набора аргументов, которые glClear мог бы принять и которые можно было бы аккуратно инкапсулировать в библиотеке.
Маски используются с IP-адресами в IP ACL (списках контроля доступа), чтобы указать, что следует разрешить, а что запретить. Чтобы настроить IP-адреса на интерфейсах, маски начинаются с 255 и имеют большие значения слева: например, IP-адрес 203.0.113.129 с маской 255.255.255.224 . Маски для IP ACL являются обратными: например, маска 0.0.0.255 . Иногда ее называют обратной маской или подстановочной маской . Когда значение маски разбивается на двоичные значения (0 и 1), результаты определяют, какие биты адреса следует учитывать при обработке трафика. 0 - бит указывает, что бит адреса должен учитываться (точное совпадение); 1 - бит в маске означает «неважно». Эта таблица дополнительно объясняет эту концепцию.
Пример маски:
сетевой адрес (трафик, который необходимо обработать): 192.0.2.0
маска: 0.0.0.255
сетевой адрес (двоичный): 11000000.00000000.00000010.00000000
маска (двоичная): 00000000.00000000.00000000.11111111
Судя по двоичной маске, видно, что первые три набора ( октета ) должны точно соответствовать заданному двоичному сетевому адресу (11000000.00000000.00000010). Последний набор цифр состоит из слова «все равно» (.11111111). Таким образом, весь трафик, начинающийся с « 192.0.2. », соответствует, поскольку последний октет — «не важно». Таким образом, с помощью этой маски обрабатываются сетевые адреса с 192.0.2.1 по 192.0.2.255 ( 192.0.2.x ).
Вычтите нормальную маску из 255.255.255.255 , чтобы определить обратную маску ACL. В этом примере обратная маска определяется для сетевого адреса 198.51.100.0 с нормальной маской 255.255.255.0 .
255.255.255.255 – 255.255.255.0 (обычная маска) = 0.0.0.255 (инверсная маска)
Эквиваленты ACL
Источник/подстановочный знак источника 0.0.0.0/255.255.255.255 означает «любой» .
Источник/подстановочный знак 198.51.100.2/0.0.0.0 такой же, как « хост 198.51.100.2 » .
В компьютерной графике , когда данное изображение предназначено для размещения на фоне, прозрачные области можно указать с помощью двоичной маски. [1] Таким образом, для каждого предполагаемого изображения фактически существует два растровых изображения : фактическое изображение, в котором неиспользуемым областям присваивается значение пикселя со всеми битами , установленными в 0, и дополнительная маска , в которой задаются соответствующие области изображения. значение пикселя, все биты которого установлены в 0, а окружающие области — значение всех бит, установленное в 1. В примере справа черные пиксели имеют биты «все ноли», а белые пиксели — биты «все единицы».
Во время выполнения , чтобы поместить изображение на экран поверх фона, программа сначала маскирует биты пикселей экрана маской изображения в нужных координатах, используя побитовую операцию И. Это сохраняет фоновые пиксели прозрачных областей и обнуляет биты пикселей, которые будут скрыты перекрывающимся изображением.
Затем программа визуализирует биты пикселей изображения, объединяя их с битами пикселя фона с помощью побитовой операции ИЛИ . Таким образом, пиксели изображения размещаются соответствующим образом, сохраняя при этом фон, окружающий пиксели. В результате получается идеальное сочетание изображения с фоном.
Этот метод используется для рисования курсоров указывающих устройств, в типичных двухмерных видеоиграх для персонажей, маркеров и т. д. (спрайты ) , для значков графического пользовательского интерфейса , а также для титров видео и других приложений для микширования изображений. Более быстрый метод — просто перезаписать пиксели фона пикселями переднего плана, если их альфа = 1.
Несмотря на то, что прозрачные цвета и альфа-каналы связаны между собой (поскольку они используются для одних и тех же целей), они представляют собой методы, которые не включают смешивание пикселей изображения посредством двоичной маскировки.
Для создания хеш-функции для хеш-таблицы часто используется функция, имеющая большой домен. Чтобы создать индекс на выходе функции, можно взять модуль, чтобы уменьшить размер домена до размера массива; однако на многих процессорах зачастую быстрее ограничить размер хеш-таблицы степенями двух размеров и вместо этого использовать битовую маску.
Пример как по модулю, так и маскировки в C:
#include <stdint.h> #include <string.h> int main ( void ) { const uint32_t NUM_BUCKETS = 0xFFFFFFFF ; // 2^32 - 1 const uint32_t MAX_RECORDS = 1 << 10 ; // 2^10 const uint32_t HASH_BITMASK = 0x3FF ; // (2^10)-1 символ ** token_array = NULL ; // Обрабатываем выделение памяти для token_array… char token [] = "некоторое хэшируемое значение" ; uint32_t hashed_token = hash_function ( токен , strlen ( токен ), NUM_BUCKETS ); // Использование по модулю size_t index = hashed_token % MAX_RECORDS ; // ИЛИ // Использование битовой маски size_t index = hashed_token & HASH_BITMASK ; * ( массив_токена + индекс ) = токен ; // Освободить память из token_array … return 0 ; }