MATLAB中bitset与bitget函数,位操作的艺术

在计算机底层开发与数据处理中，位操作（Bitwise Operation）是一项基础且强大的技术，它允许直接对数据的二进制位进行修改、提取和判断，MATLAB作为广泛应用于科学计算、工程仿真和算法开发的工具，提供了丰富的位操作函数，其中bitset和bitget是两个核心工具，分别用于设置（修改）指定位的值和获取指定位的值，本文将详细介绍这两个函数的语法、功能、使用场景及代码示例,帮助读者掌握MATLAB中的位操作技巧。

bitget函数：获取指定位的值

函数语法与功能

bitget是MATLAB中用于提取整数或数组中某一位二进制值的函数,其基本语法为：

b = bitget(A, bit)

• A：输入参数，可以是标量、向量、矩阵或多维数组，数据类型为uint（无符号整数，如uint8、uint16等）或int（有符号整数，如int8、int32等）。
• bit：指定位的位置，从1开始计数（最低位为第1位，次低位为第2位，依此类推）。
• b：返回值，与A同形状的数组，元素为指定位的二进制值（0或1）。

使用示例

示例1：提取标量指定位的值

假设我们有一个8位无符号整数A = 13，其二进制表示为00001101（从低位到高位为第1到第8位）,提取第2位和第5位的值：

A = uint8(13); % 二进制: 00001101
b2 = bitget(A, 2); % 提取第2位（从右数第2位，值为0）
b5 = bitget(A, 5); % 提取第5位（从右数第5位，值为1）
disp(['第2位值: ', num2str(b2)]); % 输出: 第2位值: 0
disp(['第5位值: ', num2str(b5)]); % 输出: 第5位值: 1

示例2：提取数组中所有元素的指定位

定义一个无符号整数数组A = [1, 2, 5, 9],提取每个数的第3位：

A = uint8([1, 2, 5, 9]); % 二进制: 00000001, 00000010, 00000101, 00001001
b3 = bitget(A, 3); % 提取第3位
disp(b3); % 输出: [0, 0, 1, 0]（对应1的第3位0，2的第3位0，5的第3位1，9的第3位0）

示例3：提取多维数组的指定位

创建一个2x3的uint8矩阵，提取所有元素的第1位（最低位）：

A = uint8([1, 2, 3; 4, 5, 6]); % 二进制: 00000001, 00000010, 00000011; 00000100, 00000101, 00000110
b1 = bitget(A, 1); % 提取第1位
disp(b1);
% 输出:
%      1     0     1
%      0     1     0

注意事项

• bit参数必须为正整数，且不能超过输入数据类型的最大位数（如uint8的最大位数为8，uint16为16）。
• 若A为有符号整数（如int8），bitget会将其视为二进制补码形式处理，但位的位置仍从1开始计数（符号位为最高位，如int8的第8位）。

bitset函数：设置指定位的值

函数语法与功能

bitset用于修改整数或数组中某一位的二进制值,语法如下：

C = bitset(A, bit, val)

• A：输入参数，数据类型同bitget（uint或int）。
• bit：要设置的位置（从1开始计数）。
• val：设置的值,只能是0或1。
• C：返回值，与A同形状的数组，指定位的值被修改为val,其他位保持不变。

若省略val,则默认将指定位设置为1：

C = bitset(A, bit) % 等价于 bitset(A, bit, 1)

使用示例

示例1：设置标量指定位的值

将uint8类型的A = 13（00001101）的第2位设置为1：

A = uint8(13);
C = bitset(A, 2, 1); % 第2位从0变为1，二进制变为00001111（15）
disp(['修改后的值: ', num2str(C)]); % 输出: 修改后的值: 15

示例2：省略val参数（默认设置为1）

将A = 10（00001010）的第4位设置为1（默认值）：

A = uint8(10);
C = bitset(A, 4); % 第4位从0变为1，二进制变为00001110（14）
disp(C); % 输出: 14

示例3：批量修改数组中的指定位

定义数组A = [1, 2, 3, 4],将每个数的第1位设置为0：

A = uint8([1, 2, 3, 
4]); % 二进制: 00000001, 00000010, 00000011, 00000100
C = bitset(A, 1, 0); % 第1位置0
disp(C); % 输出: [0, 2, 2, 4]（1的第1位1→0→0；2的第1位0→0；3的第1位1→0→2；4的第1位0→0）

示例4：处理多维数组

创建2x2矩阵A = [5, 6; 7, 8],将所有元素的第3位设置为1：

A = uint8([5, 6; 7, 8]); % 二进制: 00000101, 00000110; 00000111, 00001000
C = bitset(A, 3, 1); % 第3位置1
disp(C);
% 输出:
%      7     7
%      7     8
% （5的第3位0→1→7；6的第3位0→1→7；7的第3位1→1→7；8的第3位0→1→9？此处需注意：8的二进制为00001000，第3位是0，置1后变为00001100，即12，示例结果有误，正确输出应为[7,7;7,12]）
% 修正说明：8的二进制00001000，第3位（从右数第3位）是0，置1后变为00001100（12），因此正确输出为：
%      7     7
%      7    12

注意事项

• val必须是0或1,否则MATLAB会报错。
• 若设置的位超出数据类型的最大位数（如对uint8设置第9位），bitset会自动扩展数据类型（如uint8扩展为uint16）,并填充高位为0。

bitset与bitget的联合应用：位数据的修改与验证

在实际应用中，bitset和bitget常配合使用，实现对指定位的“修改-验证”流程，在嵌入式系统开发中，可能需要修改某个控制寄存器的某一位,并确认修改是否成功。

示例：模拟寄存器位操作

假设有一个8位寄存器reg，初始值为0b00001100（12）,要求：

1. 将第2位设置为1；
2. 验证第2位是否为1；
3. 将第5位设置为0；
4. 验证第5位是否为0。

% 初始化寄存器
reg = uint8(12); % 二