rust - 在8位整数中插入一位

Question

我有一个5位的u8，我们说0b10101。我想在位置1、2和4中插入全部为3的位，以便获得:ii1i0101，即11110101。我想通过三个函数调用来完成此操作，这意味着该函数应将索引作为参数之一，并在该位置插入一个位。
我遇到过this question，但是该页面上的答案对我不起作用。例如，实现时具有最小支持的 panic 的答案，而其他答案则无法给出正确的结果。

fn insert_at(x: u8, index: u8, bit: u8) -> u8 {
    let mask = (1 << (8 - index + 1)) - 1;
    (x & !mask) | (bit << (8 - index)) | ((x & mask) >> 1)
}

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;
    use rstest::*;

    #[rstest(
        input, index, expected,
        case(0b10101, 1, 0b110101),
    )]
    fn test_bla(input: u8, index: u8, expected: u8) {
        let result = insert_at(input, index, 1);
        assert_eq!(result, expected);
    }
}

thread 'tests::test_bla::case_1' panicked at 'attempt to shift left with overflow' 

Answer 1

我做了一些假设(和修改)，以使您的问题的语义更加具体:

操作的结果必须符合8位；如果不是，则不返回任何值。

index 0(而不是index 1)是指最高有效设置位左侧的位置。

在任何index > 0中插入的一位将所有更高有效位的位向左移动1。

一个有效的实现(playground link):

fn insert_at(x: u8, index: u8, bit: u8) -> Option<u8> {
    if bit != 0 && bit != 1 {
        return None;
    }
    
    // most significant set bit, from right
    // 0b00010101
    //   87654321
    let msb = 8 - x.leading_zeros() as u8;
    
    if index >= msb {
        // the new bit is past the LSB
        return None;
    }
    
    // an index of 0 means insert as the new MSB (if it fits).
    // insert is the absolute index of the inserted bit.
    let insert = msb - index;

    if insert == 8 {
        // the new bit is out of u8 range.
        // 0b_11111111
        //   ^ trying to insert here
        return None;
    }
    
    let mask = (1 << insert) - 1;
    Some((x & !mask) << 1 | (bit << insert) | (x & mask))
}

您的实现 panic 的原因是检查了Rust的左移操作:如果将任何一位从整数的左侧移出，则检查将失败。这样做的主要原因是，在这种情况下，不同的平台具有不同的行为。
在这些情况下，Rust还提供具有指定行为的算术运算，例如overflowing_shl()和wrapping_shl()。