Runtime系列位运算在OC的取值和赋值01

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本片文章介绍将数据（如：Bool类型的数据）存储到二进制位中，包括实现逻辑、代码示例以及各自的优缺点分析。

一、实现逻辑

我们可以用简单的Bool类型，来实现数据在二进制中的取值和赋值：

1、取值

掩码 位与(&)运算。

/** 
 *
 *   0000 0111
 * & 0000 0010
 *-------------
 *   0000 0010
 *	
 *	二进制转Bool类型需要两次取反（!!）
 */

2、赋值

2.1、当设置值为1时

掩码 位或(｜)运算。

/**
 *   0000 0101
 * | 0000 0010
 *-------------
 *   0000 0111

 */

2.2、当设置值为0时

掩码取反(~) 再进行位与(&)运算。

/**
 *   0000 0111
 * & 1111 1101
 *-------------
 *   0000 0101
 */

知道了位运算的基本规则，下面用几个例子，来了解一下位运算在OC中的应用：

二、位运算符赋值

这里我们就用高富帅（tall、rich、handsome）的取值和赋值方法，作为举例。

2.1、代码示例

Person.h

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface Person : NSObject

- (void)setTall:(BOOL)tall;
- (void)setRich:(BOOL)rich;
- (void)setHandsome:(BOOL)handsome;

// 高
- (BOOL)tall;
// 富
- (BOOL)rich;
// 帅
- (BOOL)handsome;

@end

Person.m

// 1、10进制位赋值
//#define kTallMask 1
//#define kRichMask 2
//#define kHandsomeMask 4

// 2、2进制位赋值，0b:表示2进制位
//#define kTallMask 0b00000001
//#define kRichMask 0b00000010
//#define kHandsomeMask 0b00000100

// 3、运算符赋值
#define kTallMask (1<<0)
#define kRichMask (1<<1)
#define kHandsomeMask (1<<2)

@interface Person(){
		// char：长度一个字节（8个二进制位）
    char _tallRichHandsome;// 0b 0000 0000
}
@end

@implementation Person

- (void)setTall:(BOOL)tall {
    if (tall) {
    		// 掩码，位或(｜)运算
        _tallRichHandsome |= kTallMask;
    } else {
    		//掩码取反，进行位与(&)运算
        _tallRichHandsome &= ~kTallMask;
    }
}

- (void)setRich:(BOOL)rich {
    if (rich) {
        _tallRichHandsome |= kRichMask;
    } else {
        _tallRichHandsome &= ~kRichMask;
    }
}

- (void)setHandsome:(BOOL)handsome {
    if (handsome) {
        _tallRichHandsome |= kHandsomeMask;
    } else {
        _tallRichHandsome &= ~kHandsomeMask;
    }
}

- (BOOL)tall {
		// 掩码，位与(&)运算：两次取反（!!）返回Bool类型
    return !!(_tallRichHandsome & kTallMask);
}

- (BOOL)rich {
    return !!(_tallRichHandsome & kRichMask);
}

- (BOOL)handsome {
    return !!(_tallRichHandsome & kHandsomeMask);
}

@end

main.m

#import <Foundation/Foundation.h>
#import "Person.h"

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
    
        Leader *person = [[Leader alloc] init];
        person.tall = YES;
        person.rich = YES;
        person.handsome = YES;
        
        NSLog(@"-------tall:%hhd",person.tall);
        NSLog(@"-------rich:%hhd",person.rich);
        NSLog(@"-------handsome:%hhd",person.handsome);

    }
    return 0;
}

2.2、结果分析

1、mask标记：表示掩码，一般用来位运算的。
2、掩码（mask）赋值有多种方式：

1、可以用10进制位赋值的。
2、用2进制位赋值的。
3、位移运算符赋值的，这里会用到左移运算符(<<)。
其中位移运算符赋值是最简单直观的，推荐使用这种方式。

3、掩码 位与(&)运算转Bool类型，需要两次取反（!!）。

三、结构体 位域实现

3.1、代码示例

#import <Foundation/Foundation.h>


@interface Student : NSObject

- (void)setTall:(BOOL)tall;
- (void)setRich:(BOOL)rich;
- (void)setHandsome:(BOOL)handsome;

- (BOOL)tall;
- (BOOL)rich;
- (BOOL)handsome;

@end

#import "Student.h"

@interface Student(){
    struct {
        char tall : 1;
        char rich : 1;
        char handsome : 1;
    }_tallRichHandsome;
}
@end

@implementation Student

- (instancetype)init {
    if (self = [super init]) {
        
    }
    return self;
}


- (void)setTall:(BOOL)tall {
    
    _tallRichHandsome.tall = tall;

}

- (void)setRich:(BOOL)rich {
    _tallRichHandsome.rich = rich;
}

- (void)setHandsome:(BOOL)handsome {
    _tallRichHandsome.handsome = handsome;
}

- (BOOL)tall {
    return !!_tallRichHandsome.tall;
}

- (BOOL)rich {
    return !!_tallRichHandsome.rich;
}

- (BOOL)handsome {
    return !!_tallRichHandsome.handsome;
}

3.2、分析

当取值的时候，如果用如下方式实现：

- (BOOL)handsome {
    return _tallRichHandsome.handsome;
}

发现，取值时打印出来为-1，实际二进制值为（0b1111 1111），这不是我们想要的结果，怎么处理？

/**
* tallRichHandsome.tall = 0b1                一个二进制位
*  BOOL                 = 0b0000 0000        一个字节为8个二进制位 
* ----------------------------------------------------------
*                   结果 = 0b1111 1111 = 255(-1)
* 分析：当一个二进制位赋值给一个8个二进制位时，前面不足的拿最左边值（1）的填补。
*/

那么这个问题这么处理呢？

1、取值时，因为拿到的是bool类型，可以两个取反获取到想要的值(如上面👆的例子)。

第一次取反，只要不等于0，返回的都是false，二次取反，得到我们需要的值true。

2、根据位于临近填补的特点，设置占位为两位（如：0b01），得到的就是：0b0000 0001

四、结构体 位域优化

根据上面的问题处理，这里只要修改如下部分代码：

@interface Student(){
    struct {// 结构体位域长度设置为2
        char tall : 2;
        char rich : 2;
        char handsome : 2;
    }_tallRichHandsome;
}
@end

// 取值不在需要二次取反
- (BOOL)tall {
    return _tallRichHandsome.tall;
}

缺点：
结构体位域存储方式，变量在结构体中的位置，直接决定了在二进制中的存储位置。如代码有增删改操作，容易定位不准确，导致出错。

五、共用体（推荐）

这是OC内部底层实现的逻辑。

5.1、代码示例

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface Leader : NSObject

- (void)setTall:(BOOL)tall;
- (void)setRich:(BOOL)rich;
- (void)setHandsome:(BOOL)handsome;

- (BOOL)tall;
- (BOOL)rich;
- (BOOL)handsome;

@end

#import "Leader.h"
#define kTallMask (1<<0)
#define kRichMask (1<<1)
#define kHandsomeMask (1<<2)

@interface Leader(){
    union {// 共用体：大家都共用一个字节
        char bits;//位
        struct {// 结构体仅是提高代码可读性，没有实际应用
            char tall : 1;
            char rich : 1;
            char handsome : 1;
        };
    }_tallRichHandsome;
}
@end

@implementation Leader

- (void)setTall:(BOOL)tall {
    if (tall) {
        _tallRichHandsome.bits |= kTallMask;
    } else {
        _tallRichHandsome.bits &= ~kTallMask;
    }
}

- (void)setRich:(BOOL)rich {
    if (rich) {
        _tallRichHandsome.bits |= kRichMask;
    } else {
        _tallRichHandsome.bits &= ~kRichMask;
    }
}

- (void)setHandsome:(BOOL)handsome {
    if (handsome) {
        _tallRichHandsome.bits |= kHandsomeMask;
    } else {
        _tallRichHandsome.bits &= ~kHandsomeMask;
    }
}

- (BOOL)tall {
    return !!(_tallRichHandsome.bits & kTallMask);
}

- (BOOL)rich {
    return !!(_tallRichHandsome.bits & kRichMask);
}

- (BOOL)handsome {
    return !!(_tallRichHandsome.bits & kHandsomeMask);
}

@end

5.2、分析

这是位运算与结构体的位域结合方式，利用各自的优势。
那有什么优势呢？

1、位运算：定位精准，提高运算效率。
2、结构体的位域：提高代码的可读性。

六、OC中的应用

1、ISA_MASK

1、在arm64架构以前，isa指针就是一个普通的指针，存储着Class、Meta-Class对象的内存地址。
2、从arm64架构开始，对isa进行了优化，变成了一个共用体（union）结构，还使用位域存储了更多信息。需要 &ISA_MASK 才能得到Class、Meta-Class对象的内存地址。

#   define ISA_MASK        0x0000000ffffffff8ULL

2、enum枚举

在OC中最常见的位运算是枚举设置

// 枚举设施孩子
typedef enum {
    ZMOptionsNone = 0,
    ZMOptionsOne = 1<<0,// 0b0001
    ZMOptionsTwo = 1<<1,// 0b0010
    ZMOptionsThree = 1<<2,// 0b0100
    ZMOptionsFour = 1<<3,// 0b1000
}ZMOptions;

// 取值
- (void)setOptions:(ZMOptions)options {
    if (options&ZMOptionsOne) {
        NSLog(@"ZMOptionsOne");
    }
    if (options&ZMOptionsTwo) {
        NSLog(@"ZMOptionsTwo");
    }
    if (options&ZMOptionsThree) {
        NSLog(@"ZMOptionsThree");
    }
    if (options&ZMOptionsFour) {
        NSLog(@"ZMOptionsFour");
    }
}

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // 赋值
    [self setOptions:ZMOptionsOne|ZMOptionsFour];
}

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**🏆结束语🏆 **

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