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基於位操作的緩衝區類 CBitBuffer：高效二進制數據讀寫實作

編輯：關於C++

為滿足協議解析、壓縮編碼、硬體通訊等場景對位級別數據操作的需求，作者參考 CFile 設計模式實作了 CBitBuffer 類。支援位/字節/十六進制/十進制/二進制字串多種讀寫模式，提供靈活的位指針定位與緩衝區管理功能。

類設計核心結構

class CBitBuffer {
private:
    LONGLONG m_llLength;     // 緩衝區大小（位）
    BYTE* m_pBegin;          // 起始指針
    BYTE* m_pEnd;            // 結束指針（最後一字節下一位置）
    BYTE* m_pCurByte;        // 當前字節指針
    BYTE m_nCurOffset;       // 當前位偏移 (0-7)
    BOOL m_bLocked;          // 鎖定狀態（Create 後鎖定）

    // m_pCurByte + m_nCurOffset 組成「位指針」
public:
    // 狀態查詢
    BOOL IsLocked();
    BOOL IsByteAligned();

    // 位寫入
    void WriteBit0();
    void WriteBit1();
    void WriteBinary(char* pBinStr);  // "0011 1011" 空格忽略，* 略過
    void WriteHex(char* pHexStr);     // "00 01 BA" 大寫無 0X，需位元組對齊
    void WriteDecimal(UINT nData, int nCount); // 指定位寬寫入整數
    void WriteBuffer(BYTE* pSubBuff, int& nCount); // 字節塊寫入

    // 位讀取
    int Read(BYTE nCount); // 讀取 nCount 位轉整數 (nCount ≤ 32)

    // 位置操作
    BYTE* GetBegin();
    BYTE* GetEnd();
    BYTE* GetCurByte();
    BYTE GetCurOffset();
    LONGLONG SetLength(LONGLONG llLen); // 需 8 的倍數
    LONGLONG GetLength();
    LONGLONG SeekToEnd();
    void SeekToBegin();
    LONGLONG Seek(LONGLONG llOff); // 位偏移，正向末尾/負向開頭

    // 生命週期
    CBitBuffer();
    CBitBuffer(BYTE* pBegin, LONGLONG llLen = 0);
    BOOL ShareBuffer(BYTE* pBegin, LONGLONG llLen = 0); // 外部記憶體管理
    BOOL Create(LONGLONG llLen); // 內部分配並鎖定
    void Release(); // 解鎖釋放
    virtual ~CBitBuffer();
};

關鍵演算法實作亮點

位讀取：64 位暫存器一次讀取 8 字節

int CBitBuffer::Read(BYTE nCount) {
    DWORD64 D64 = *((DWORD64*)m_pCurByte);
    // 位元組序轉換（小端序處理）
    D64 = (D64 >> 8*0 << (64-8)) | (D64 >> 8*1 << (64-8) >> (8*1)) | ...;
    int re = (int)(D64 << m_nCurOffset >> (64-nCount));
    m_pCurByte += (m_nCurOffset + nCount) / 8;
    m_nCurOffset = (m_nCurOffset + nCount) % 8;
    return re;
}

位寫入：掩碼操作

void CBitBuffer::WriteBit1() {
    *m_pCurByte |= (0x80 >> m_nCurOffset);
    if (++m_nCurOffset >= 8) { m_pCurByte++; m_nCurOffset = 0; }
}
void CBitBuffer::WriteBit0() {
    *m_pCurByte &= ~(0x80 >> m_nCurOffset);
    if (++m_nCurOffset >= 8) { m_pCurByte++; m_nCurOffset = 0; }
}