【C#】ビットを直感的に操作するクラスが無いので作る

あんみんどうふです。

C#はビット操作するクラスが標準搭載されていません。なんで？

ないものはないので自分で作ります。

Bitクラスの作成

クラス名はわかりやすくBitという名前にします。

public class Bit
{
    public List<bool> Bits { get; set; }

    public Bit()
    {
        Bits = new List<bool>();
    }

    public Bit(int num)
    {
        Bits = new List<bool>();
        for (int i = 0; i < 32; i++)
            Bits.Add(((num >> i) & 0x1) == 1);
    }
}

public class Bit

{

public List<bool> Bits { get; set; }

public Bit()

{

Bits = new List<bool>();

}

public Bit(int num)

{

Bits = new List<bool>();

for (int i = 0; i < 32; i++)

Bits.Add(((num >> i) & 0x1) == 1);

}

Bitsというリストにビットを持たせています。0と1だけならboolで表現可能なのでList<bool>型です。

最後のBitクラスに引数にint型の数値を入れると配列に変換するようにしています。

2進数を文字列で出力

public string ToString(int pad = 0)
{
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    foreach (bool b in Enumerable.Reverse(Bits))
        if (sb.Length == 0 && !b) continue;
        else sb.Append(b ? 1 : 0);
    return sb.ToString().PadLeft(pad, '0');
}

public string ToString(int pad = 0)

{

StringBuilder sb = new StringBuilder();

foreach (bool b in Enumerable.Reverse(Bits))

if (sb.Length == 0 && !b) continue;

else sb.Append(b ? 1 : 0);

return sb.ToString().PadLeft(pad, '0');

}

Bitsをそのまま順に取得すると逆に並んでしまうので、Reverseで一旦逆に入れ替えてから取得しています。

引数padは0埋めする桁数を指定できます。

int num = 123;
Bit bit1 = new Bit(num);

Console.WriteLine(bit1.ToString());   // 1111011

Console.WriteLine(bit1.ToString(8));  // 01111011

int num = 123;

Bit bit1 = new Bit(num);

Console.WriteLine(bit1.ToString()); // 1111011

Console.WriteLine(bit1.ToString(8)); // 01111011

数値に変換 (+範囲指定)

public int GetInt(int start = 0, int length = 0)
{
    int res = 0;
    if (length == 0) length = Bits.Count;
    for (int b = 0; b < length; b++)
        res |= (Bits[start + b] ? 1 : 0) << b;
    return res;
}

public int GetInt(int start = 0, int length = 0)

{

int res = 0;

if (length == 0) length = Bits.Count;

for (int b = 0; b < length; b++)

res |= (Bits[start + b] ? 1 : 0) << b;

return res;

}

Bitsリスト内の各ビットを1ビットずつ左にずらしながら足していくことで数値に変換しています。

startはビットの開始位置、lengthは開始位置から数えたビットの長さ(取得する量)。指定しない場合、Bits全体を変換します。

Bit bit2 = new Bit(234);

// 234 → 11101010 → 234
Console.WriteLine(bit2.GetInt());      // 234

// 234 → 11101010 → 2～4ビットを範囲指定 → 1010 → 10
Console.WriteLine(bit2.GetInt(2, 4));  // 10

Bit bit2 = new Bit(234);

// 234 → 11101010 → 234

Console.WriteLine(bit2.GetInt()); // 234

// 234 → 11101010 → 2～4ビットを範囲指定 → 1010 → 10

Console.WriteLine(bit2.GetInt(2, 4)); // 10

ビットを直接変更

public bool this[int index]
{
    get
    {
        return Bits[index];
    }
    set
    {
        Bits[index] = value;
    }
}

public bool this[int index]

{

get

{

return Bits[index];

}

set

{

Bits[index] = value;

}

indexを指定することで直接値を取得・セットが可能です。

Bit bit3 = new Bit(345);
Console.WriteLine(bit3.GetInt());    // 345
Console.WriteLine(bit3.ToString());  // 101011001

// 0ビット目を取得
Console.WriteLine(bit3[0]);  // True

bit3[1] = true;  // 1ビット目を0→1に変更
bit3[2] = true;  // 2ビット目を0→1に変更
Console.WriteLine(bit3.GetInt());    // 351
Console.WriteLine(bit3.ToString());  // 101011111

Bit bit3 = new Bit(345);

Console.WriteLine(bit3.GetInt()); // 345

Console.WriteLine(bit3.ToString()); // 101011001

// 0ビット目を取得

Console.WriteLine(bit3[0]); // True

bit3[1] = true; // 1ビット目を0→1に変更

bit3[2] = true; // 2ビット目を0→1に変更

Console.WriteLine(bit3.GetInt()); // 351

Console.WriteLine(bit3.ToString()); // 101011111

Byteコレクションをビット化

public Bit(IEnumerable<byte> arr)
{
    Bits = new List<bool>();
    foreach (byte val in arr)
        for (int i = 0; i < 8; i++)
            Bits.Add(((val >> i) & 0x1) == 1);
}

public Bit(IEnumerable<byte> arr)

{

Bits = new List<bool>();

foreach (byte val in arr)

for (int i = 0; i < 8; i++)

Bits.Add(((val >> i) & 0x1) == 1);

}

List、配列等のコレクションをビット化します。

byte[] arr = { 1, 10, 100, 200 };
Bit bit4 = new Bit(arr);
Console.WriteLine(bit4.ToString(32));
// 11001000 01100100 00001010 00000001

// 16～24ビット目を取得
Console.WriteLine(bit4.GetInt(16, 8));  // 100

List<byte> list = new List<byte>() { 10, 20, 30, 40 };
Bit bit5 = new Bit(list);
Console.WriteLine(bit5.ToString(32));
// 00101000 00011110 00010100 00001010

// 8～16ビット目を取得
Console.WriteLine(bit5.GetInt(8, 8));  // 20

byte[] arr = { 1, 10, 100, 200 };

Bit bit4 = new Bit(arr);

Console.WriteLine(bit4.ToString(32));

// 11001000 01100100 00001010 00000001

// 16～24ビット目を取得

Console.WriteLine(bit4.GetInt(16, 8)); // 100

List<byte> list = new List<byte>() { 10, 20, 30, 40 };

Bit bit5 = new Bit(list);

Console.WriteLine(bit5.ToString(32));

// 00101000 00011110 00010100 00001010

// 8～16ビット目を取得

Console.WriteLine(bit5.GetInt(8, 8)); // 20

ビットをbyte配列で取得

public byte[] GetBytes(int start = 0, int length = 0)
{
    if (length == 0) length = Bits.Count;
    byte[] res = new byte[(int)Math.Ceiling((double)length / 8)];
    for (int i = 0; i < res.Length; i++)
        for (int b = 0; b < 8; b++)
        {
            int index = start + i * 8 + b;
            if (index < Bits.Count)
                res[i] |= (byte)((Bits[index] ? 1 : 0) << b);
            else
                res[i] |= 0;
        }
    return res;
}

public byte[] GetBytes(int start = 0, int length = 0)

{

if (length == 0) length = Bits.Count;

byte[] res = new byte[(int)Math.Ceiling((double)length / 8)];

for (int i = 0; i < res.Length; i++)

for (int b = 0; b < 8; b++)

{

int index = start + i * 8 + b;

if (index < Bits.Count)

res[i] |= (byte)((Bits[index] ? 1 : 0) << b);

else

res[i] |= 0;

}

return res;

}

開始位置(start)、長さ(length)を指定してbyte配列として取得します。指定が無い場合、Bits全体を変換します。

byte[] arr = { 11, 22, 33, 44 };
Bit bit6 = new Bit(arr);
Console.WriteLine(bit6.ToString(32));
// 00101100 00100001 00010110 00001011

foreach (byte val in bit6.GetBytes())
{
    Console.WriteLine(val);
}
// 11
// 22
// 33
// 44

// 2～32ビット目まで取得
foreach (byte val in bit6.GetBytes(2, 30))
{
    Console.WriteLine(val);
}
// 130
// 69
// 8
// 11

byte[] arr = { 11, 22, 33, 44 };

Bit bit6 = new Bit(arr);

Console.WriteLine(bit6.ToString(32));

// 00101100 00100001 00010110 00001011

foreach (byte val in bit6.GetBytes())

{

Console.WriteLine(val);

}

// 11

// 22

// 33

// 44

// 2～32ビット目まで取得

foreach (byte val in bit6.GetBytes(2, 30))

{

Console.WriteLine(val);

}

// 130

// 69

// 8

// 11

int型の数値をセット

public void SetInt(int start, int length, int value)
{
    int bit = 0;
    byte[] val = BitConverter.GetBytes(value);
    for (int i = 0; i < val.Length; i++)
        for (int j = 0; j < 8; j++)
        {
            Bits[i * 8 + start + j] = ((val[i] >> j) & 1) == 1;
            bit += 1;
            if (bit >= length) return;
        }
}

public void SetInt(int start, int length, int value)

{

int bit = 0;

byte[] val = BitConverter.GetBytes(value);

for (int i = 0; i < val.Length; i++)

for (int j = 0; j < 8; j++)

{

Bits[i * 8 + start + j] = ((val[i] >> j) & 1) == 1;

bit += 1;

if (bit >= length) return;

}

開始位置(start)から長さ(length)の分だけ数値(value)をセットします。

Bit bit7 = new Bit(130);
Console.WriteLine(bit7.ToString(8));  // 10000010

int num = 62;  // 62 = 00111110
bit7.SetInt(2, 6, num);  // 現在の2ビット目から6ビット分までの範囲に62をセット
Console.WriteLine(bit7.ToString(8));  // 11111010

Bit bit7 = new Bit(130);

Console.WriteLine(bit7.ToString(8)); // 10000010

int num = 62; // 62 = 00111110

bit7.SetInt(2, 6, num); // 現在の2ビット目から6ビット分までの範囲に62をセット

Console.WriteLine(bit7.ToString(8)); // 11111010

C#、BitConverterぐらいじゃ全然物足りないのでもっと軽率にビット演算系標準搭載してもらって構わないです。

以上。