Working with Bits and Bytes in Ruby
有时候我们会遇到如下需求：我们要读取一个 2进制 UDP 数据包，把其中的数据转换成 Ruby 可识别的字符串或数字什么的，然后发送一个响应什么的。
bit(位)
- 位是计算机中最小的数据单位，表示 ON 或 OFF，也就是 1 或者 0。据说原本是 Binary digit 的简称。
- 两两组合的话，就可以表示 00, 01, 11, 10 这四种信息。3位一组就可以表示八种信息，4位一组可以表示十六种信息。
- 只用 0 和 1 的计数方式称为 2 制。因为使用 2进制表示信息位数会非常大，因为可以使用 8进制和 16进制来解决这个问题。
- 8进制用1位数表示 3 个bit，16进制用1位数表示 4 个bit。
byte(字节)
- 一个字节有 8 位。一个字节可以表示的 10 进制数是从 0 到 255，8 进制数是从 000 到 377，16 进制是从 00 到 FF。
- 两个 16进制等于 8位，因此用 16进制来表示以字节为单位的数据非常方便。
两者的区别
- Bit 是计算机运算的基础，属于二进制的范畴。数据传输的单位，因为物理层，数据链路层的传输对于用户是透明的，而这种通信传输是基于二进制的传输。
- Byte 是计算机文件大小的基本计算单位。通常是应用层的单位，表示文件的大小，在用户看来就是可见的数据大小。
- Byte 是内存的基本单位，也是编址单位，例如，某计算机的内存是4GB，指的就是该计算机的内存中共有 4×1024×1024×1024 个字节。
Working with different bases
Literals 字面值
Ruby 支持 0b 前缀的 2进制和 0x 前缀的 16进制。
>> 0b1010
#=> 10
>> 0x4a2f81
#=> 4861825
String#to_i(base = 10)
这是我们常用的方法，通常都是把一个字符串类型的数字转换成 Ruby 的数值，以便进行运算操作。
这个方法内部的实际意义是，把这个给定的字符串按照 10进制转换成一个数字。所以我们当然可以把字符串按照 2进制或者 16进制来转换。
>> '0b1010'.to_i(2)
=> 10
>> '10111010'.to_i(2)
=> 186
>> '1af842'.to_i(16)
=> 1767490
0b1111 转换成 10 进制的方法是 2 ** 3 + 2 ** 2 + 2 ** 1 + 2 ** 0。别忘了任何数的 0 次幂都是 1。
Fixnum#to_s(base = 10)
把 Fixnum 类型的对象，根据给定的进制类型转换成一个字符串。
>> 24.to_s(16)
=> "18"
>> 0b101010.to_s(16)
=> "2a"
>> 42.to_s(2)
=> "101010"
>> rand(10**8..10**9).to_s(36)
=> "fd95me"
Bitwise and Shift Operators 位移操作
Ruby 含有如下位移操作符：
| 运算符 | 运算 |
|---|---|
| ~ | 按位取反 |
| & | 按位与 |
| | | 按位或 |
| ^x | 按位异或 |
| >> | 位右移 |
| << | 位左移 |
这部分可以阅读 Ruby’s bitwise operators
把日期转换成 16-bit 的 integer 值
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
M M M M D D D D D Y Y Y Y Y Y Y
这种设计有足够的长度来标示 12 月份 (4 bits = 16 values), 31 天 (5 bits = 32 values) 1900-2028 年 (7 bits = 128 values)。在真实的项目中，如果想要支持更大范围的年份，可以参考 Y2K 和 Y2038 标准。
April 6th, 2014 可以用如下方法转换：
0100 00110 1110010 (= 17266)
4 6 114
有兴趣可以想想怎么把 17266 反向解析成为一个可识别的日期。
Packing and unpacking
关于 String#unpack 和 Array#pack，可以阅读 Ruby pack unpack 和 Les méthodes pack et unpack en Ruby
