位掩码(BitMask)

  • 2020-04-23
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位运算


位运算:由于计算机数据都是以二进制的形式储存的,位运算就是直接对整数在内存中的二进制位进行操作的运算。例如与(&)、非(~)、或(|)、异或(^)、移位(<<和>>)等。

位运算的用途很广,原因不仅是运算速度快,而且可以表示的方式也很灵活。

下面通过一个例子,说明位运算在项目中的使用方法。

示例介绍


例如,在一个系统中,用户一般有查询(Select)、新增(Insert)、修改(Update)、删除(Delete)四种权限。

并且,四种权限有多种组合方式,有16种不同的状态(2^4)。


一般情况下:Permission


C语言会使用结构体封装,并且在结构体里面用四个布尔变量来保存不同的权限。

代码如下所示:

#define Bool int 
#define TRUE 1  
#define FALSE 0  
 
struct Permission { 
    Bool allowSelect; 
    Bool allowInsert; 
    Bool allowDelete; 
    Bool allowUpdate; 
}; 

权限赋予方式如下所示,设置不同的权限需要对相应的属性进行设置。

setAllowSelect(true);
setAllowInsert(true);
setAllowUpdate(false);
setAllowDelete(false);

 

使用位运算:NewPermission


接下来使用位运算的方式对权限进行设置,每个权限使用一个二进制位来表示。

并且,0表示无此权限,1表示有此权限。

#define ALLOW_SELECT = 1<<0;
#define ALLOW_INSERT = 1<<1;
#define ALLOW_UPDATE = 1<<2;
#define ALLOW_DELETE = 1<<3;

static int flag;

// 设置新的权限
void set_permission(int permission) { flag = permission; }
// 赋予一项或多项权限
void enable(int permission) { flag |= permission; }
// 收回一项或多项权限
void disable(int permission) { flag &= ~permission; }
// 检查是否有某种权限
int is_allow(int permission) { return ((flag & permission) == permission); }
// 检查是否没有某种权限
int is_not_allow(int permission) { return ((flag & permission) == 0); }
// 检查是否只有某种权限
int is_only_allow(int permission) { return (flag == permission); }

权限赋予方式如下所示,设置不同的权限需要对相应的属性进行设置。

set_permission(ALLOW_SELECT);
enable(ALLOW_DELETE|ALLOW_UPDATE); disable(ALLOW_DELETE);


位运算权限赋值规则


通过下面表格的方式,说明不同二进制位表示不同的权限。

以上代码中,用4个常量表示每个二进制位代码的权限。

flag    删除    修改    新增    查询     
1(0001)    0    0    0    1    只允许查询(即等于ALLOW_SELECT)
2(0010)    0    0    1    0    只允许新增(即等于ALLOW_INSERT)
4(0100)    0    1    0    0    只允许修改(即等于ALLOW_UPDATE)
8(1000)    1    0    0    0    只允许删除(即等于ALLOW_DELETE)
3(0011)    0    0    1    1    只允许查询和新增
      0    0    0    0    0    四项权限都不允许
15(1111)   1    1    1    1    四项权限都允许

例如:

ALLOW_SELECT = 1 << 0 转成二进制就是0001,二进制第一位表示Select权限。
ALLOW_INSERT = 1 << 1 转成二进制就是0010,二进制第二位表示Insert权限。

private int flag存储了各种权限的启用和停用状态,相当于代替了Permission中的四个boolean类型的变量。

用flag的四个二进制位来表示四种权限的状态,每一位的0和1代表一项权限的启用和停用,下面列举了部分状态表示的权限:

 

使用位掩码的方式,只需要用一个大于或等于0且小于16的整数即可表示所有的16种权限的状态。

此外,还有很多设置权限和判断权限的方法,需要用到位运算,例如:

public void enable(int permission) {
    flag |= permission; // 相当于flag = flag | permission;
}

调用这个方法可以在现有的权限基础上添加一项或多项权限。

添加一项Update权限:

permission.enable(NewPermission.ALLOW_UPDATE);

假设现有权限只有Select,也就是flag是0001。执行以上代码,flag = 0001 | 0100,也就是0101,便拥有了Select和Update两项权限。

添加Insert、Update、Delete三项权限:

permission.enable(NewPermission.ALLOW_INSERT 
    | NewPermission.ALLOW_UPDATE | NewPermission.ALLOW_DELETE);

NewPermission.ALLOW_INSERT | NewPermission.ALLOW_UPDATE | NewPermission.ALLOW_DELETE运算结果是1110。假设现有权限只有Select,也就是flag是0001。flag = 0001 | 1110,也就是1111,便拥有了这四项权限,相当于添加了三项权限。

上面的设置如果使用最初的Permission类的话,就需要下面三行代码:

permission.setAllowInsert(true);
permission.setAllowUpdate(true);
permission.setAllowDelete(true);

二者对比

设置仅允许Select和Insert权限

Permission

permission.setAllowSelect(true);
permission.setAllowInsert(true);
permission.setAllowUpdate(false);
permission.setAllowDelete(false);

NewPermission

permission.setPermission(NewPermission.ALLOW_SELECT | NewPermission.ALLOW_INSERT);

判断是否允许Select和Insert、Update权限

Permission

if (permission.isAllowSelect() && permission.isAllowInsert() && permission.isAllowUpdate())

NewPermission

if (permission. isAllow (NewPermission.ALLOW_SELECT 
    | NewPermission.ALLOW_INSERT | NewPermission.ALLOW_UPDATE))

判断是只否允许Select和Insert权限

Permission

if (permission.isAllowSelect() && permission.isAllowInsert() 
    && !permission.isAllowUpdate() && !permission.isAllowDelete())

NewPermission

if (permission. isOnlyAllow (NewPermission.ALLOW_SELECT | NewPermission.ALLOW_INSERT))

二者对比可以感受到MyPermission位掩码方式相对于Permission的优势,可以节省很多代码量,位运算是底层运算,效率也非常高,而且理解起来也很简单。

一些用到位掩码的源代码

java.lang.reflect.Modifier

在Java反射中,java.lang.reflect.Modifier是用来判断类、成员变量、方法等包含的修饰符。在Modifier的源代码中可以看到:

public static final int PUBLIC           = 0x00000001;
public static final int PRIVATE          = 0x00000002;  
public static final int PROTECTED        = 0x00000004;  
public static final int STATIC           = 0x00000008;  
public static final int FINAL            = 0x00000010;  
public static final int SYNCHRONIZED     = 0x00000020;
// ......
public static boolean isProtected(int mod) {
    return (mod & PROTECTED) != 0;
}
public static boolean isStatic(int mod) {
    return (mod & STATIC) != 0;
}

android.text.util.Linkify

在Android开发中,Linkify可以设置文本中的地址、电话、邮箱等是否支持点击链接:

Linkify.addLinks(textView, Linkify.WEB_URLS | Linkify.EMAIL_ADDRESSES);

android.text.util.Linkify部分源码:

public static final int WEB_URLS = 0x01;
public static final int EMAIL_ADDRESSES = 0x02;
public static final int PHONE_NUMBERS = 0x04;
public static final int MAP_ADDRESSES = 0x08;
public static final int ALL = WEB_URLS | EMAIL_ADDRESSES | PHONE_NUMBERS | MAP_ADDRESSES;

public static final boolean addLinks(Spannable text, int mask) {
    if (mask == 0) {
        return false;
    }

    URLSpan[] old = text.getSpans(0, text.length(), URLSpan.class);

    for (int i = old.length - 1; i >= 0; i--) {
        text.removeSpan(old[i]);
    }

    ArrayList<LinkSpec> links = new ArrayList<LinkSpec>();

    if ((mask & WEB_URLS) != 0) {
        gatherLinks(links, text, Patterns.WEB_URL,
            new String[] { "http://", "https://", "rtsp://" },
            sUrlMatchFilter, null);
    }

    if ((mask & EMAIL_ADDRESSES) != 0) {
        gatherLinks(links, text, Patterns.EMAIL_ADDRESS,
            new String[] { "mailto:" },
            null, null);
    }

    if ((mask & PHONE_NUMBERS) != 0) {
        gatherLinks(links, text, Patterns.PHONE,
            new String[] { "tel:" },
            sPhoneNumberMatchFilter, sPhoneNumberTransformFilter);
    }

    if ((mask & MAP_ADDRESSES) != 0) {
        gatherMapLinks(links, text);
    }

    pruneOverlaps(links);

    if (links.size() == 0) {
        return false;
    }

    for (LinkSpec link: links) {
        applyLink(link.url, link.start, link.end, text);
    }

    return true;
}
 

正文到此结束