Вступ
У Crystal є побітові оператори для роботи з Int на рівні бітів.
Оператори зсуву
У Crystal є оператори зсуву для зсуву бітів ліворуч (<<) або праворуч (>>).
Зсув ліворуч(<<)
Оператор зсуву ліворуч (<<) зсуває біти ліворуч.
Значення для зсуву вказується ліворуч, а кількість позицій для зсуву - праворуч.
0b0010 << 1
# => 0b0100
0b0010 << 2
# => 0b1000
Якщо число відʼємне, зсув відбудеться праворуч.
0b0010 << -1
# => 0b0001
Зсув праворуч(>>)
Оператор зсуву праворуч (>>) зсуває біти праворуч.
Як і оператор зсуву ліворуч, він бере значення для зсуву ліворуч, а кількість позицій для зсуву - праворуч.
0b0100 >> 1
# => 0b0010
0b0100 >> 2
# => 0b0001
І так само, якщо число відʼємне, оператор зсуне біти ліворуч.
0b0100 >> -1
# => 0b1000
Бінарні оператори
У Crystal є 3 бінарні оператори (&, |, ^) і оператор ~ для виконання побітових операцій.
Побітове AND(&)
Бінарний оператор AND (&) виконує побітове AND над двома значеннями.
Він порівнює кожен біт першого значення з бітом у тій самій позиції другого значення.
Результуючий біт встановлюється в 1, якщо обидва біти дорівнюють 1.
Інакше він встановлюється в 0.
0b0011 & 0b1010
# => 0b0010
Побітове OR(|)
Бінарний оператор OR (|) виконує побітове OR над двома значеннями.
Він так само порівнює кожен біт першого значення з бітом у тій самій позиції другого значення.
Якщо принаймні один із бітів дорівнює 1, результуючий біт встановлюється в 1.
Інакше він встановлюється в 0.
0b0011 | 0b1010
# => 0b1011
Побітове XOR(^)
Бінарний оператор XOR (^) виконує побітове XOR.
Як і побітові оператори AND та OR, він порівнює кожен біт першого значення з бітом у тій самій позиції другого значення.
Якщо лише один із них дорівнює 1, результуючий біт дорівнює 1.
Інакше він дорівнює 0.
0b0011 ^ 0b1010
# => 0b1001
Побітове NOT(~)
І нарешті, побітовий оператор NOT (~) інвертує кожен біт значення.
На відміну від інших бінарних операторів, це унарний оператор, який працює лише зі значенням праворуч.
~0b1110_0010
# => 0b0001_1101
Вказівки
Наш друг щойно надіслав нам повідомлення з важливим секретом.
Не бажаючи, щоб інші легко його прочитали, він зашифрував повідомлення за допомогою низки маніпуляцій з бітами.
Нам потрібно буде написати програму, яка допоможе розшифрувати повідомлення.
1. Зсуньте біти назад
Щоб розшифрувати повідомлення, спочатку треба скасувати зсув, зроблений під час шифрування, зсунувши біти назад уліво.
Кількість позицій для зсуву може відрізнятися залежно від повідомлення.
Реалізуйте метод Secrets.shift_back, який приймає значення та кількість позицій для зсуву вліво.
Secrets.shift_back(0b0001, 2)
# => 0b0100
2. Застосуйте бітову маску
Далі застосовуємо бітову маску, щоб видобути значення певних бітів.
Маску застосовують, виконуючи побітове AND між значенням і маскою.
Реалізуйте метод Secrets.apply_mask, який приймає значення та застосовує до нього маску.
Secrets.apply_mask(0b0110, 0b0101)
# => 0b0100
3. Установіть деякі біти
Зсув бітів уліво додав нові біти зі значенням 0.
Деякі з цих нових бітів потрібно встановити в 1.
Побітове OR стає в пригоді, коли треба встановити певні біти в 1, зберігши решту без змін.
Реалізуйте метод Secrets.set_bits, який приймає два значення та виконує побітове OR.
Secrets.set_bits(0b0110, 0b0101)
# => 0b111
4. Зворотний XOR
Частина процесу шифрування застосовує XOR з узгодженим значенням.
Щоб повернутися до початкового значення, достатньо ще раз застосувати XOR до зашифрованого значення та узгодженого значення.
Однак через непорозуміння наш друг перед застосуванням XOR перевернув біти узгодженого значення (тобто застосував побітове NOT до узгодженого значення).
Реалізуйте метод Secrets.reverse_xor, який приймає зашифроване значення й узгоджене значення та обчислює початкове значення.
Secrets.reverse_xor(0b1100, 0b0101)
# => 0b(0110)
Навчальна вправа
