将二进制位分组

Question

我有一串数字（这里是一个4位数字的例子，但我想用16位整数来做）:

L = [0b1000,0b1100,0b1111,0b1001, 0b0000]

我想把所有的第一个位放在一起，然后把所有的第二个位放在一起，再把所有的第三个位放在一起，依此类推，像这样:

out = 0b11110011000010000110

这个解决方案（由@markcial提出）是有效的:

print [[a[i] for a in [format(b,'04b') for b in L]] for i in range(4)]
#[['1', '1', '1', '1', '0'], ['0', '1', '1', '0', '0'], ['0', '0', '1', '0', '0'], ['0', '0', '1', '1', '0']]

但我想避免使用字符串格式化来进行这些二进制操作。

有没有办法在不使用字符串格式化的情况下把位数放在一起？

Answer 1

感谢@PauloBu的合作，这里是我想要的结果（我承认我的问题有点不清楚）：输出的数字被打包成字节（8位），这样可以方便地写入文件中：

import struct
L = [0b1000,0b1100,0b1111,0b1001, 0b0000]
bits = 4
res = 0
processed_bits = 0
s = ''
for i in range(bits-1,-1,-1): 
    for x in L: 
        res = res | (((x&1<<i)>>i) << (7-processed_bits))  
        processed_bits += 1           
        if processed_bits == 8:
            s += struct.pack('B', res)
            res = 0
            processed_bits = 0

with open('blah.bin', 'wb') as f:
    f.write(s)

Answer 2

也许这个算法适合你的需求，我会用4位二进制数字来解释，之后你可以扩展到16位的使用。

L = [0b1000,0b1100,0b1111,0b1001, 0b0000]
bits = 4  # total bits
next_bit = bits*len(L)-1  # next position to be calculated
res = 0

for i in range(bits-1,-1,-1):  # iterate 3,2,1,0 (bits backwards)
    for x in L:                # iterate through every integer in L
        res = res | (((x&1<<i)>>i)<<next_bit)  # say what? o.O
        next_bit-=1            # set next_bit to the next position to be calculated

 >>> bin(res)
'0b11110011000010000110'

基本上，这个算法会逐个检查每个数字的每一位，然后对每个数字的特定位进行分析。一旦你知道要分析哪个数字的哪个位置，就会进行一个奇怪的计算：(((x&1<<i)>>i)<<total_bits-1)。

这个循环会把计算的结果累加到res中，我来解释一下这个计算：

1. x&1<<i会测试第i位的值是否为1
2. ((x&1<<i)>>i)向后移动i位，确保结果是1或0
3. (((x&1<<i)>>i)<<next_bit)向前移动next_bit位，会在next_bit位置上设置为1或0。

你需要这个next_bit整数来记录结果中下一个需要设置的位。比如说，你有5个4位的数字，你就知道结果会有5*4位。

我不太喜欢这两个for循环。在C语言中这可能还不错，但在Python中效率不是很好。我还在想办法去掉它们。我敢你用这个简单的一行代码来测试它们的性能：

>>>L = [0b1000,0b1100,0b1111,0b1001, 0b0000]
>>>int(''.join(['1' if x&1<<i else '0' for i in range(3,-1,-1) for x in L]),2)
995462

你会对性能感到惊讶。

希望这能帮到你！