按位运算 - C++

1. 多状态/属性“打包”到一个字节里

思路
用每个位表示一种状态（或属性），单字节/多字节可以表达2ⁿ种组合，比数组/结构体节省内存、传输方便。

例子：打包关节/电机/传感器状态

uint8_t status = 0;
// bit 0: 使能
// bit 1: 错误
// bit 2: 电机方向
// bit 3: 手动模式
// ... 其余位自由定义

读某个位

bool is_enabled = (status & (1<<0)) != 0; // 检查bit0

写某个位

// 置1
status |= (1<<1); // 设为错误
// 置0
status &= ~(1<<1); // 清除错误

第 loc 位设置成 val（0 或 1），其他位保持不变。

uint8_t update_bit(uint8_t original, bool val, uint8_t loc)
{uint8_t keep_bit = ~(1<<loc);  // 设置掩码，除了第 loc 位都为1return (original & keep_bit) | (val<<loc); // 清掉loc位，按val补上
}

1. 生成掩码
   • (1<<loc) ：第 loc 位为1，其余为0
   • ~(1<<loc) ：第 loc 位为0，其余为1（比如 loc=3，则掩码是 11110111）
2. 清除原数据第 loc 位
   • original & keep_bit ：把第 loc 位清零，其他位不变
3. 把 val 写入第 loc 位
   • val<<loc ：把 0/1 挪到正确的位置
4. 两者相加（或|操作）
   • 这样最终结果：只有 loc 位是 val，其他都和 original 相同

第 loc 位是不是 1

bool get_bit(uint8_t original, uint8_t loc)
{uint8_t bit_to_check = (1<<loc); // 构造一个第loc位为1的掩码return (original & bit_to_check) == bit_to_check; // 按位与，判断那一位是不是1
}

• 1<<loc：把 1 左移 loc 位，只保留你要检查的那一位，其余是0
• original & bit_to_check：把其他位都抹掉，只剩下感兴趣的那一位
• 比较结果是不是等于 bit_to_check，为真则原本那一位就是1，否则是0

翻转某个位

status ^= (1<<2); // 切换方向

2. 多个小量合并进一个字节或整数（节省通信）

例子：
把两个 4 位的小量合成一个 8 位字节

uint8_t high_nibble = (a & 0x0F) << 4;
uint8_t low_nibble  = (b & 0x0F);
uint8_t packed = high_nibble | low_nibble;

还原

uint8_t a = (packed >> 4) & 0x0F;
uint8_t b = packed & 0x0F;

更多位宽

• 10 位 + 6 位合成 16 位

• 5 个 3 位数据合成 16 位（高效打包）

3. 利用掩码管理多路开关/多通道

比如 8 个舵机、LED 灯、传感器：

uint8_t channel_mask = 0b10101100; // 表示哪些通道开/关for (int i=0; i<8; i++) {if (channel_mask & (1<<i)) {// 开第i路} else {// 关第i路}
}

一行代码处理所有通道的状态，非常高效！

4. 快速判断奇偶性

bool is_even = ((val & 1) == 0);
bool is_odd  = ((val & 1) == 1);

不用除法取模，运算极快！

5. 只保留低N位/高N位

只取低4位

uint8_t lower_4 = val & 0x0F;

只取高4位

uint8_t upper_4 = (val & 0xF0) >> 4;

6. 按位轮询查找第一个有效位

比如找到第一个出错的传感器：

uint8_t error_mask = 0b01011000;
for (int i=0; i<8; i++) {if (error_mask & (1<<i)) {// 第i个传感器出错，优先级最高break;}
}

7. 多功能复用，动态切换

用一字节高4位表示类型，低4位表示子类型/状态

uint8_t id = (type << 4) | subtype;

拆分：

uint8_t type    = (id >> 4) & 0x0F;
uint8_t subtype = id & 0x0F;

8. 条件组合批量操作

批量置位

status |= (1<<1) | (1<<3) | (1<<5); // 一次性置多位

批量清零

status &= ~((1<<1) | (1<<3) | (1<<5));

9. 校验/掩码设计（协议）

数据有效位+奇偶校验+预留位混合打包，通讯协议里常见。

10. 轻量状态机或权限表设计

比如用一字节管理多个权限（读、写、执行、调试）

enum Access {ACCESS_READ    = 1 << 0,ACCESS_WRITE   = 1 << 1,ACCESS_EXECUTE = 1 << 2,ACCESS_DEBUG   = 1 << 3,
};uint8_t user_perm = ACCESS_READ | ACCESS_EXECUTE;
if (user_perm & ACCESS_WRITE) { ... }

11. 多状态一次判断/多条件快速统计

判断有多少路为1（统计 set bit 数）

int count = 0;
uint8_t val = 0b10110101;
for (int i=0; i<8; i++) count += (val>>i)&1;
// 更快的算法也有，比如Kernighan方法

12. 高级技巧：循环左移/右移，构造循环状态

// 循环左移
uint8_t val = 0b10010011;
val = (val << 1) | (val >> 7); // 循环左移一位

总结

这些技巧的核心思想就是：

• 每一位当做一个独立的开关/状态/属性
• 批量管理，批量判断，批量修改，省空间省代码量
• 通信协议、状态机、错误检测、权限系统，全部都能用上