在C#中儲存和顯示二進制值

Tim Corey

9m 20s

二進制是計算機實際儲存和處理資料的方式，但C#預設使用十進制顯示螢幕上的一切。 如果您正在處理位標誌、網路協議、硬體寄存器，或者只是試圖了解在機器層級上數字是如何表示的，您需要知道如何將二進制值導入C#並以可讀格式顯示它們。

在他的影片"在C#中儲存和顯示二進制值"中，Tim Corey講述了他的二進制系列中的第三課。 他演示了如何使用0b前綴儲存二進制字面值，如何使用Convert.ToString()將整數轉換為其二進制字串表示，還演示了如何在輸出中新增前導零以實現格式化清晰。 如果您在跟隨二進制系列或在C#中處理底層資料，這涵蓋了實際的機制。

在C#中儲存二進制字面值

[0:00 - 1:50] Tim處理的第一個問題很直截了當：如何將二進制數字放入C#變數中？ 答案是使用0b前綴，它告訴編譯器將數位解釋為二進制而不是預設的十進制。

// Store binary 1001 (which is 9 in decimal)
int binaryValue = 0b1001;

// Store binary 1001 (which is 9 in decimal)
int binaryValue = 0b1001;

如果沒有前綴，1001將被解釋為一千零一。 使用0b時，它被視為四個二進制數位，代表十進制值9。前導零是可選的。 撰寫0b00001001與0b1001相同，但較長的形式可以在處理特定位寬時使位位置更容易讀懂。

變數型別是標準的int。 如果您不需要負值，您也可以使用uint（無符號整數），或使用long儲存64位資料。 二進制字面值語法適用於任何整數型別。

以二進制顯示數字

[1:50 - 3:48] 儲存二進制值是一回事。 以二進制顯示在螢幕上是另一回事。 當您列印int與Console.WriteLine時，C#輸出的是十進制表示。 對於0b1001，這意味著您看到的是9，而不是1001。

要獲得二進制字串表示，請使用Convert.ToString()並帶有一個基準參數：

int binaryValue = 0b1001;

// Convert to binary string (base 2)
string representation = Convert.ToString(binaryValue, 2);

Console.WriteLine($"Base 10: {binaryValue}");      // Output: 9
Console.WriteLine($"Base 2: {representation}");     // Output: 1001

int binaryValue = 0b1001;

// Convert to binary string (base 2)
string representation = Convert.ToString(binaryValue, 2);

Console.WriteLine($"Base 10: {binaryValue}");      // Output: 9
Console.WriteLine($"Base 2: {representation}");     // Output: 1001

Convert.ToString()的第二個參數指定輸出基準。 支持的值有2（二進制）、8（八進制）、10（十進制）和16（十六進制）。 Tim示範了二進制的使用，但相同的方法適用於所有四種。

用前導零填充

[3:48 - 5:24] Convert.ToString(binaryValue, 2)的原始輸出省略了前導零。 對於0b1001，結果是字串"1001"，而不是"00001001"。 當您處理位元組（8位）、16位值或32位寄存器時，看到完整的寬度及前導零使位位置立即清晰。

解決方法是PadLeft()：

// Pad to 8 characters (one byte) with leading zeros
string padded = Convert.ToString(binaryValue, 2).PadLeft(8, '0');

Console.WriteLine(padded);  // Output: 00001001

// Pad to 8 characters (one byte) with leading zeros
string padded = Convert.ToString(binaryValue, 2).PadLeft(8, '0');

Console.WriteLine(padded);  // Output: 00001001

PadLeft(8, '0')確保輸出至少有8個字元長，將缺失的位置用字元'0'填充。 Tim指出的細節是第二個參數是一個字元（單引號），而不是字串。 這是字元零，不是數字零，因為PadLeft從個別字元構建字串。

對於16位表示，將8變為16。對於完整的32位整數，使用32。填充寬度應與您正在使用的位寬度匹配。

將任何整數轉換為二進制

[5:24 - 7:28] Tim提出了一個容易被忽視的觀點：您不必將值儲存為二進制字面值即可看到其二進制表示。 任何整數都可以使用同樣的Convert.ToString()方法轉換成二進制輸出：

// A regular base 10 integer
int decimalValue = 12;

// Convert to padded binary string
string binary = Convert.ToString(decimalValue, 2).PadLeft(8, '0');

Console.WriteLine($"Decimal: {decimalValue}");  // Output: 12
Console.WriteLine($"Binary: {binary}");          // Output: 00001100

// A regular base 10 integer
int decimalValue = 12;

// Convert to padded binary string
string binary = Convert.ToString(decimalValue, 2).PadLeft(8, '0');

Console.WriteLine($"Decimal: {decimalValue}");  // Output: 12
Console.WriteLine($"Binary: {binary}");          // Output: 00001100

0b前綴是當您已有二進制值並想以二進制形式輸入時使用。 對於普通整數，Convert.ToString()處理轉換。 對於相同的基本值，這兩種方式的結果相同。

C#如何在記憶體中儲存整數

[7:28 - 9:20] Tim以C#如何內部儲存整數的細節結尾。 在C#中，int是System.Int32的別名，是一個32位有符號整數。 這意味著每個int在記憶體中佔用32位，不管值有多小。 儲存0b1001（數字9）使用與儲存0b01111111111111111111111111111111（超過二十億）相同的32位。

// What's actually stored in memory for binaryValue = 0b1001
// 00000000 00000000 00000000 00001001
string fullRepresentation = Convert.ToString(binaryValue, 2).PadLeft(32, '0');
Console.WriteLine(fullRepresentation);

// What's actually stored in memory for binaryValue = 0b1001
// 00000000 00000000 00000000 00001001
string fullRepresentation = Convert.ToString(binaryValue, 2).PadLeft(32, '0');
Console.WriteLine(fullRepresentation);

這與為什麼選擇正確的型別大小很重要有聯繫。 一個long（Int64）使用64位，使記憶體佔用翻倍。 對於大多數應用程式，int（32位）涵蓋您需要的範圍。 但如果您在記憶體受限的環境中工作或處理數百萬個值，byte（8位）、short（16位）、int（32位）和long（64位）之間的差異就變得重要。

結束：完整模式

[9:07 - 9:15] 在C#中處理二進制的完整模式很簡潔。當有二進制輸入時，使用0b前綴儲存值。 使用Convert.ToString(value, 2)顯示它們以獲取原始輸出。 當需要固定寬度格式時，新增.PadLeft(width, '0')。 並記住，底層儲存始終是一個標準整數型別，位寬取決於您選擇的byte、short、int或long。

結論

[9:15 - 9:20] 總結一下：二進制字面值使用0b前綴，PadLeft()新增前導零以進行固定寬度顯示。 值在內部是以常規整數型別儲存，而int始終佔用32位，無論數字大小如何。

這些構建塊將出現在系列中的下一個課程中，那裡需要正確格式化二進制值以進行位運算。

範例提示：在除錯位運算時，將二進制輸出填充到型別的全寬（byte的8位，short的16位，int的32位）。 一次看到所有的位位置使得位移和遮罩操作更容易追蹤。 像string ToBinary(int val) => Convert.ToString(val, 2).PadLeft(32, '0');這樣的輔助方法可以節省重複輸入。

在他的YouTube頻道觀看完整影片，獲得更多有關理解C#中二進制的見解。