Manipulation de bit

La manipulation de bit est l'action de manipuler algorithmiquement des bits ou toute forme de données inférieur à un octet. En informatique, la manipulation de bit est utilisée pour le contrôle bas niveau de périphériques, dans les algorithmes de détection et de correction d'erreur, de cryptage et pour l'optimisation. Pour la plupart des autres tâches, la plupart des langages de programmation modernes permettent au programmeur de travailler directement avec des abstractions plutôt qu'avec les bits qu'elles représentent.

La manipulation de bit se fait à l'aide des opérations unaires: ET (AND), OU (OR), OU exclusif (XOR) et NON (NOT).

Bit twiddling

Bit twiddling ou bit bashing (manipulation "violente" de bit) est souvent utilisé dans le sens de manipulation de bit, mais quelquefois pour désigner les méthodes audacieuses ou ingénieuses de manipulation de bit. Ce terme est également utilisé de façon moins flatteuse pour désigner des manipulations longues et fastidieuses d'un logiciel lorsque les améliorations obtenues sont négligeables, tout en donnant un code source illisible pour tout autre personne que son auteur. Cette expression date des débuts de l'informatique, lorsque les utilisateurs devaient ajuster patiemment les commandes de l'ordinateur. Alors que l'informatique évoluait, les programmeurs adoptèrent ce terme pour désigner les manipulations binaires de données.

Exemple de manipulation de bit

Le code ci-dessous, écrit en C détermine entre 2 entier (x et y) le plus petit et le place dans r.

// La méthode classique

if (x < y)
    r = x;
else
    r = y;

// Une méthode plus rapide sur certaines machines

r = y + ((x - y) & -(x < y));

Le symbole & représente le ET unaire en C.

Dans la plupart des cas, le programmeur choisira la première méthode. Cependant, si un tel test doit être effectué des millions de fois par seconde, le programmeur pourra exploiter sa connaissance de la représentation des entiers en binaire et utilisera la seconde méthode: celle-ci n'utilisant aucun renvoi sera plus rapide sur la plupart des processeurs.

Techniques de base

La manipulation de bit pose souvent problème aux codeurs débutants, l'utilisation d'instructions assembleur pour manipuler les bits est souvent source d'embarras. C'est pourquoi, utiliser des méthodes de plus haut niveau est recommandé, puisque cela améliore la portabilité et la lisibilité du code source, sous réserve, évidemment, que le lecteur connaisse le langage utilisé.

L'exemple ci-dessous est écrit en C, mais peut être adapté à tout langage supportant les opérateurs unaires.

Mettre un bit à 1 (n est le numéro du bit):

unsigned char a |= (1 << n);

Pour forcer un bit à 1 on utilise le OU binaire car: 1 OU 0 = 1. (cf Table de vérité) En C le symbole | représente l'opérateur OU. Dans cet exemple le OU est associé à l'opérateur égal afin que la variable 'a' reprenne la même valeur pour chacun de ses bits sauf le bit que l'on a forcé à 1.

Mettre un bit à 0:

unsigned char b &= ~(1 << n);

Pour forcer un bit à 0 on utilise le ET binaire car: 1 ET 0 = 0. En C le symbole & représente l'opérateur ET. Le symbole ~ représente le NON binaire et NON 1 = 0.

Inverser la valeur du bit:

unsigned char c ^= (1 << n);

Tester la valeur d'un bit:

unsigned char e = d & (1 << n); // d ayant la valeur en octet 

Lors de la manipulation d'une grande quantité de bits constituée de plusieurs octets, on peut utiliser n = (index % 8) pour calculer le bit désiré. L'octet désiré peut également être calculé avec index / 8.

Voir aussi

• Bit twiddler
• Nibble (informatique)
• Drapeau, plus communément appelé Flag

Références

• Hacker’s Delight de Henry S. Warren Jr., Addison-Wesley (ISBN 0-201-91465-4).
• "bit bashing" dans le FOLDOC
• "Bit twiddling hack" pour déterminer le minimum de deux entiers
• Une liste de "Bit twiddling hacks" écrit en C

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