В информатике маска или битовая маска — это данные, которые используются для побитовых операций , в частности, в битовом поле . Используя маску, несколько бит в байте , полубайте , слове и т. д. могут быть включены или выключены, или инвертированы из включенного в выключенное (или наоборот) в одной побитовой операции. Дополнительное использование маскирования включает предикацию в векторной обработке , где битовая маска используется для выбора того, какие операции с элементами в векторе должны быть выполнены (бит маски включен), а какие нет (бит маски очищен).
Чтобы включить определенные биты, можно использовать побитовую операцию, следуя ORпринципу , что Y OR 1 = 1и Y OR 0 = Y. Таким образом, чтобы убедиться, что бит включен, ORможно использовать с 1. Чтобы оставить бит неизменным, ORиспользуется с 0.
Пример: Маскирование старшего полубайта (биты 4, 5, 6, 7) при сохранении младшего полубайта (биты 0, 1, 2, 3) без изменений .
1001 0101 1010 0101 ИЛИ 1111 0000 1111 0000 = 1111 0101 1111 0101
Чаще на практике биты "маскируются " (или маскируются в 0), чем "маскируются в " (или маскируются в 1). Когда бит редактируется ANDс 0, результатом всегда будет 0, т.е. Y AND 0 = 0. Чтобы оставить другие биты такими, какими они были изначально, их можно ANDредактировать с 1помощьюY AND 1 = Y
Пример: Маскирование старшего полубайта ( биты 4, 5, 6, 7) при сохранении младшего полубайта (биты 0, 1, 2, 3) без изменений.
1001 0101 1010 0101И 0000 1111 0000 1111 = 0000 0101 0000 0101
Можно использовать битовые маски для легкой проверки состояния отдельных битов независимо от других битов. Для этого отключение всех остальных битов с помощью побитовой операции ANDвыполняется так, как обсуждалось выше, и значение сравнивается с 0. Если оно равно 0, то бит был выключен, но если значение равно любому другому значению, то бит был включен. Удобство этого заключается в том, что не нужно выяснять, что на самом деле представляет собой значение, достаточно того, что оно не является 0.
Пример: запрос статуса 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 значения, какое значение, но его нужно сделать противоположным текущему. Этого можно добиться с помощью операции XOR(исключающее или) . XORвозвращает 1 только в том случае, если нечетное количество бит равно 1. Следовательно, если два соответствующих бита равны 1, результатом будет 0, но если только один из них равен 1, результатом будет 1. Следовательно, инверсия значений битов выполняется путем XORих замены на 1. Если исходный бит был 1, возвращается 1 XOR 1 = 0. Если исходный бит был , 0возвращается 0 XOR 1 = 1. Также обратите внимание, что XORмаскирование является бит-безопасным, то есть оно не повлияет на немаскированные биты, поскольку Y XOR 0 = Y, как и OR.
Пример: переключение значений битов
10011101 10010101XOR 00001111 11111111 = 10010010 01101010
Чтобы записать произвольные единицы и нули в подмножество битов, сначала запишите нули в это подмножество, а затем установите старшие биты:
регистр = (регистр & ~битовая маска) | значение;
В таких языках программирования, как C , битовые поля являются полезным способом передачи набора именованных булевых аргументов в функцию. Например, в графическом API OpenGL есть команда, glClear()которая очищает экран или другие буферы. Она может очищать до четырех буферов (буферы цвета, глубины, накопления и трафарета ), поэтому авторы API могли бы заставить ее принимать четыре аргумента. Но тогда вызов к ней будет выглядеть как
glClear ( 1 , 1 , 0 , 0 ); // На самом деле glClear работает не так, и это приведет к нестабильному коду. 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_BITи glClear()объявлено как
void glClear ( биты битового поля GL ); Тогда вызов функции выглядит так
glClear ( GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT ); Внутри функция, принимающая битовое поле, как это, 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 ) { // Очистить буфер глубины. } if (( bits & GL_ACCUM_BUFFER_BIT ) != 0 ) { // Очистить буфер накопления. } if (( bits & GL_STENCIL_BUFFER_BIT ) != 0 ) { // Очистить буфер трафарета. } } Преимущество этого подхода в том, что уменьшаются накладные расходы на аргументы функций. Поскольку минимальный размер данных составляет один байт, разделение опций на отдельные аргументы приведет к трате семи бит на аргумент и займет больше места в стеке. Вместо этого функции обычно принимают одно или несколько 32-битных целых чисел, с 32 битами опций в каждом. Несмотря на элегантность, в простейшей реализации это решение не является типобезопасным . A GLbitfieldпросто определяется как unsigned int, поэтому компилятор разрешит бессмысленный вызов glClear(42)или даже glClear(GL_POINTS). В C++ альтернативой было бы создание класса для инкапсуляции набора аргументов, которые может принять glClear и которые можно было бы чисто инкапсулировать в библиотеке.
Маски используются с IP-адресами в IP ACL (списках контроля доступа) для указания того, что должно быть разрешено, а что запрещено. Для настройки IP-адресов на интерфейсах маски начинаются с 255 и имеют большие значения с левой стороны: 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 это называется обратной маской или маской с подстановочными знаками . Когда значение маски разбивается на двоичные числа (0 и 1), результаты определяют, какие биты адреса следует учитывать при обработке трафика. Бит 0 указывает, что бит адреса необходимо учитывать (точное совпадение); бит 1 в маске означает «неважно». Эта таблица дополнительно объясняет концепцию.
Пример маски:
сетевой адрес (трафик, который подлежит обработке): 192.0.2.0
маска: 0.0.0.255
сетевой адрес (двоичный): 11000000.00000000.00000010.00000000
маска (двоичная): 00000000.00000000.00000000.11111111
На основе двоичной маски видно, что первые три набора ( октета ) должны точно соответствовать заданному двоичному сетевому адресу (11000000.00000000.00000010). Последний набор чисел состоит из "don't cares" (.11111111). Следовательно, весь трафик, начинающийся с " 192.0.2. ", совпадает, так как последний октет - "don't care". Следовательно, с этой маской 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 (нормальная маска) = 0.0.0.255 (обратная 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 и «хост 198.51.100.2 ».
В компьютерной графике , когда заданное изображение должно быть размещено на фоне, прозрачные области могут быть указаны с помощью бинарной маски. [1] Таким образом, для каждого предполагаемого изображения фактически есть два битовых массива : фактическое изображение, в котором неиспользуемым областям дано значение пикселя со всеми битами, установленными в 0, и дополнительная маска , в которой соответствующим областям изображения дано значение пикселя со всеми битами, установленными в 0, а окружающим областям — значение всех битов, установленных в 1. В примере справа черные пиксели имеют все нулевые биты, а белые пиксели имеют все единичные биты.
Во время выполнения , чтобы поместить изображение на экран поверх фона, программа сначала маскирует биты пикселя экрана маской изображения в нужных координатах, используя побитовую операцию И. Это сохраняет фоновые пиксели прозрачных областей, в то время как биты пикселей, которые будут скрыты перекрывающимся изображением, сбрасываются нулями.
Затем программа визуализирует биты пикселя изображения, объединяя их с битами пикселя фона с помощью побитовой операции ИЛИ . Таким образом, пиксели изображения размещаются соответствующим образом, сохраняя окружающие пиксели фона. Результатом является идеальное соединение изображения с фоном.
Эта техника используется для рисования курсоров указывающих устройств, в типичных 2-D видеоиграх для персонажей, пуль и т. д. (спрайты ) , для иконок GUI , а также для титров видео и других приложений смешивания изображений. Более быстрый метод — просто перезаписать пиксели фона пикселями переднего плана, если их альфа=1
Хотя прозрачные цвета и альфа-каналы связаны (поскольку используются для одних и тех же целей), они представляют собой методы, которые не подразумевают смешивание пикселей изображения посредством бинарной маскировки.
Чтобы создать функцию хеширования для хеш-таблицы , часто используется функция с большим доменом. Чтобы создать индекс из выходных данных функции, можно взять модуль, чтобы уменьшить размер домена до размера массива; однако на многих процессорах часто быстрее ограничить размер хеш-таблицы степенями двух и вместо этого использовать битовую маску.
Пример использования модуля и маскирования на языке 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 char ** token_array = NULL ; // Обработка выделения памяти для token_array… char token [] = "некоторое хешируемое значение" ; uint32_t hashed_token = hash_function ( token , strlen ( token ), NUM_BUCKETS ); // Используем модуль size_t index = hashed_token % MAX_RECORDS ; // ИЛИ // Используем битовую маску size_t index = hashed_token & HASH_BITMASK ; * ( массив_токенов + индекс ) = токен ; // Освобождаем память из token_array … return 0 ; }