mirror of https://github.com/SeanOMik/libki.git
util: Add BitStream class + tests
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1c013677ea
commit
6249d6ee32
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@ -21,6 +21,7 @@ target_link_libraries(${PROJECT_NAME} RapidXML)
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add_subdirectory("src/dml")
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add_subdirectory("src/dml")
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add_subdirectory("src/protocol")
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add_subdirectory("src/protocol")
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add_subdirectory("src/util")
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option(KI_BUILD_EXAMPLES "Determines whether to build examples." ON)
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option(KI_BUILD_EXAMPLES "Determines whether to build examples." ON)
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if (KI_BUILD_EXAMPLES)
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if (KI_BUILD_EXAMPLES)
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@ -0,0 +1,152 @@
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#pragma once
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#include <cstdint>
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#include <type_traits>
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#define KI_BITSTREAM_DEFAULT_BUFFER_SIZE 0x2000
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namespace ki
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||||||
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{
|
||||||
|
/**
|
||||||
|
*
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||||||
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*/
|
||||||
|
class BitStream
|
||||||
|
{
|
||||||
|
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||||||
|
public:
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||||||
|
/**
|
||||||
|
* Represents a position in a BitStream's buffer.
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||||||
|
*/
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||||||
|
struct stream_pos
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||||||
|
{
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||||||
|
explicit stream_pos(intmax_t byte = 0, int bit = 0);
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stream_pos(const stream_pos &cp);
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intmax_t get_byte() const;
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uint8_t get_bit() const;
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stream_pos operator +(const stream_pos &rhs) const;
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stream_pos operator -(const stream_pos &rhs) const;
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stream_pos operator +(const int &rhs) const;
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|
stream_pos operator -(const int &rhs) const;
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||||||
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stream_pos &operator +=(stream_pos lhs);
|
||||||
|
stream_pos &operator -=(stream_pos lhs);
|
||||||
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stream_pos &operator +=(int bits);
|
||||||
|
stream_pos &operator -=(int bits);
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||||||
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stream_pos &operator ++();
|
||||||
|
stream_pos &operator --();
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||||||
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||||||
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private:
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||||||
|
intmax_t m_byte;
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||||||
|
uint8_t m_bit;
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||||||
|
|
||||||
|
void set_bit(int bit);
|
||||||
|
};
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||||||
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|
explicit BitStream(size_t buffer_size = KI_BITSTREAM_DEFAULT_BUFFER_SIZE);
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~BitStream();
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/**
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||||||
|
* @return The stream's current position.
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|
*/
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|
stream_pos tell() const;
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|
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|
/**
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|
* Sets the position of the stream.
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|
* @param position The new position of the stream.
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|
*/
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||||||
|
void seek(stream_pos position);
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|
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|
/**
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|
* @return A pointer to the start of the internal buffer.
|
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|
*/
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||||||
|
const uint8_t *data() const;
|
||||||
|
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||||||
|
/**
|
||||||
|
* Reads a value from the buffer given a defined number of bits.
|
||||||
|
* @param bits The number of bits to read.
|
||||||
|
*/
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||||||
|
template <
|
||||||
|
typename IntegerT,
|
||||||
|
typename = std::enable_if<std::is_integral<IntegerT>::value>
|
||||||
|
>
|
||||||
|
IntegerT read(const uint8_t bits)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
IntegerT value = 0;
|
||||||
|
|
||||||
|
// Iterate until we've read all of the bits
|
||||||
|
auto unread_bits = bits;
|
||||||
|
while (unread_bits > 0)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
// Calculate how many bits to read from the current byte based on how many bits
|
||||||
|
// are left and how many bits we still need to read
|
||||||
|
const uint8_t bits_available = (8 - m_position.get_bit());
|
||||||
|
const auto bit_count = unread_bits < bits_available ? unread_bits : bits_available;
|
||||||
|
|
||||||
|
// Find the bit-mask based on how many bits are being read
|
||||||
|
const uint8_t bit_mask = ((1 << bit_count) - 1) << m_position.get_bit();
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||||||
|
|
||||||
|
// Read the bits from the current byte and position them on the least-signficant bit
|
||||||
|
const uint8_t bits_value = (m_buffer[m_position.get_byte()] & bit_mask) >> m_position.get_bit();
|
||||||
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||||||
|
// Position the value of the bits we just read based on how many bits of the value
|
||||||
|
// we've already read
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const uint8_t read_bits = bits - unread_bits;
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||||||
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value |= (IntegerT)bits_value << read_bits;
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||||||
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||||||
|
// Remove the bits we just read from the count of unread bits
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|
unread_bits -= bit_count;
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||||||
|
|
||||||
|
// Move forward the number of bits we just read
|
||||||
|
seek(tell() + bit_count);
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|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return value;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/**
|
||||||
|
* Writes a value to the buffer that occupies a defined number of bits.
|
||||||
|
* @param value The value to write.
|
||||||
|
* @param bits The number of bits to use.
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
template <
|
||||||
|
typename IntegerT,
|
||||||
|
typename = std::enable_if<std::is_integral<IntegerT>::value>
|
||||||
|
>
|
||||||
|
void write(IntegerT value, const uint8_t bits)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
// Iterate until we've written all of the bits
|
||||||
|
auto unwritten_bits = bits;
|
||||||
|
while (unwritten_bits > 0)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
// Calculate how many bits to write based on how many bits are left in the current byte
|
||||||
|
// and how many bits from the value we still need to write
|
||||||
|
const uint8_t bits_available = (8 - m_position.get_bit());
|
||||||
|
const auto bit_count = unwritten_bits < bits_available ? unwritten_bits : bits_available;
|
||||||
|
|
||||||
|
// Find the bit-mask based on how many bits are being written, and how many bits we've
|
||||||
|
// already written
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|
const uint8_t written_bits = bits - unwritten_bits;
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||||||
|
IntegerT bit_mask = (IntegerT)((1 << bit_count) - 1) << written_bits;
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||||||
|
|
||||||
|
// Get the bits from the value and position them at the current bit position
|
||||||
|
uint8_t value_byte = ((value & bit_mask) >> written_bits) & 0xFF;
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||||||
|
value_byte <<= m_position.get_bit();
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||||||
|
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||||||
|
// Write the bits into the byte we're currently at
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||||||
|
m_buffer[m_position.get_byte()] |= value_byte;
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||||||
|
unwritten_bits -= bit_count;
|
||||||
|
|
||||||
|
// Move forward the number of bits we just wrote
|
||||||
|
seek(tell() + bit_count);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
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||||||
|
private:
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||||||
|
uint8_t *m_buffer;
|
||||||
|
size_t m_buffer_size;
|
||||||
|
stream_pos m_position;
|
||||||
|
|
||||||
|
void expand_buffer();
|
||||||
|
void validate_buffer();
|
||||||
|
};
|
||||||
|
}
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@ -0,0 +1,174 @@
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||||||
|
#include "ki/util/BitStream.h"
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||||||
|
#include <limits>
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||||||
|
#include <exception>
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||||||
|
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||||||
|
namespace ki
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||||||
|
{
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||||||
|
BitStream::stream_pos::stream_pos(const intmax_t byte, const int bit)
|
||||||
|
{
|
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|
m_byte = byte;
|
||||||
|
set_bit(bit);
|
||||||
|
}
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||||||
|
|
||||||
|
BitStream::stream_pos::stream_pos(const stream_pos& cp)
|
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|
{
|
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|
m_byte = cp.m_byte;
|
||||||
|
set_bit(cp.m_bit);
|
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|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
intmax_t BitStream::stream_pos::get_byte() const
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return m_byte;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
uint8_t BitStream::stream_pos::get_bit() const
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return m_bit;
|
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|
}
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|
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|
void BitStream::stream_pos::set_bit(int bit)
|
||||||
|
{
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|
if (bit < 0)
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|
{
|
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|
bit = -bit;
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|
m_byte -= (bit / 8) + 1;
|
||||||
|
m_bit = 8 - (bit % 8);
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|
}
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|
else if (bit >= 8)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
m_byte += bit / 8;
|
||||||
|
m_bit = bit % 8;
|
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|
}
|
||||||
|
else
|
||||||
|
m_bit = bit;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
BitStream::stream_pos BitStream::stream_pos::operator+(
|
||||||
|
const stream_pos &rhs) const
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return stream_pos(
|
||||||
|
m_byte + rhs.m_byte, m_bit + rhs.m_bit
|
||||||
|
);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
BitStream::stream_pos BitStream::stream_pos::operator-(
|
||||||
|
const stream_pos &rhs) const
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return stream_pos(
|
||||||
|
m_byte - rhs.m_byte, m_bit - rhs.m_bit
|
||||||
|
);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
BitStream::stream_pos BitStream::stream_pos::operator+(
|
||||||
|
const int& rhs) const
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return stream_pos(
|
||||||
|
m_byte, m_bit + rhs
|
||||||
|
);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
BitStream::stream_pos BitStream::stream_pos::operator-(
|
||||||
|
const int& rhs) const
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return stream_pos(
|
||||||
|
m_byte, m_bit - rhs
|
||||||
|
);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
BitStream::stream_pos& BitStream::stream_pos::operator+=(
|
||||||
|
const stream_pos rhs)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
m_byte += rhs.m_byte;
|
||||||
|
set_bit(m_bit + rhs.m_bit);
|
||||||
|
return *this;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
BitStream::stream_pos& BitStream::stream_pos::operator-=(
|
||||||
|
const stream_pos rhs)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
m_byte -= rhs.m_byte;
|
||||||
|
set_bit(m_bit - rhs.m_bit);
|
||||||
|
return *this;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
BitStream::stream_pos& BitStream::stream_pos::operator+=(const int bits)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
set_bit(m_bit + bits);
|
||||||
|
return *this;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
BitStream::stream_pos& BitStream::stream_pos::operator-=(const int bits)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
set_bit(m_bit - bits);
|
||||||
|
return *this;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
BitStream::stream_pos& BitStream::stream_pos::operator++()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
set_bit(m_bit + 1);
|
||||||
|
return *this;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
BitStream::stream_pos& BitStream::stream_pos::operator--()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
set_bit(m_bit - 1);
|
||||||
|
return *this;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
BitStream::BitStream(const size_t buffer_size)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
m_buffer = new uint8_t[buffer_size] { 0 };
|
||||||
|
m_buffer_size = buffer_size;
|
||||||
|
m_position = stream_pos(0, 0);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
BitStream::~BitStream()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
delete[] m_buffer;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
BitStream::stream_pos BitStream::tell() const
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return m_position;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void BitStream::seek(const stream_pos position)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
m_position = position;
|
||||||
|
validate_buffer();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
const uint8_t* BitStream::data() const
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return m_buffer;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void BitStream::expand_buffer()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
// Work out a new buffer size
|
||||||
|
auto new_size = (m_buffer_size << 1) + 2;
|
||||||
|
if (new_size < m_buffer_size)
|
||||||
|
new_size = std::numeric_limits<size_t>::max();
|
||||||
|
|
||||||
|
// Has the buffer reached maximum size?
|
||||||
|
if (new_size == m_buffer_size)
|
||||||
|
throw std::exception("Buffer cannot be expanded as it has reached maximum size.");
|
||||||
|
|
||||||
|
// Allocate a new buffer, copy everything over, and then delete the old buffer
|
||||||
|
auto *new_buffer = new uint8_t[new_size] { 0 };
|
||||||
|
memcpy(new_buffer, m_buffer, m_buffer_size);
|
||||||
|
delete[] m_buffer;
|
||||||
|
m_buffer = new_buffer;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void BitStream::validate_buffer()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
// Make sure we haven't underflowed
|
||||||
|
if (m_position.get_byte() < 0)
|
||||||
|
throw std::exception("Position of buffer is less than 0!");
|
||||||
|
|
||||||
|
// Expand the buffer if we've overflowed
|
||||||
|
if (m_position.get_byte() >= m_buffer_size)
|
||||||
|
expand_buffer();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
|
@ -0,0 +1,4 @@
|
||||||
|
target_sources(${PROJECT_NAME}
|
||||||
|
PRIVATE
|
||||||
|
${PROJECT_SOURCE_DIR}/src/util/BitStream.cpp
|
||||||
|
)
|
|
@ -0,0 +1 @@
|
||||||
|
UUUU
|
|
@ -0,0 +1,2 @@
|
||||||
|
|
||||||
|
|
|
@ -0,0 +1,147 @@
|
||||||
|
#define CATCH_CONFIG_MAIN
|
||||||
|
#include <catch.hpp>
|
||||||
|
|
||||||
|
#include <ki/util/BitStream.h>
|
||||||
|
|
||||||
|
using namespace ki;
|
||||||
|
|
||||||
|
TEST_CASE("Write bits", "[bit-stream]")
|
||||||
|
{
|
||||||
|
auto *bit_stream = new BitStream();
|
||||||
|
|
||||||
|
// Write an alternating pattern of bits
|
||||||
|
bit_stream->write(0b1, 1);
|
||||||
|
bit_stream->write(0b10, 2);
|
||||||
|
bit_stream->write(0b010, 3);
|
||||||
|
bit_stream->write(0b0101, 4);
|
||||||
|
bit_stream->write(0b10101, 5);
|
||||||
|
bit_stream->write(0b101010, 6);
|
||||||
|
bit_stream->write(0b0101010, 7);
|
||||||
|
bit_stream->write(0b0101, 4);
|
||||||
|
|
||||||
|
// Make sure tell is reporting the right position
|
||||||
|
auto position = bit_stream->tell();
|
||||||
|
if (position.get_byte() != 4 || position.get_bit() != 0)
|
||||||
|
FAIL();
|
||||||
|
const auto size = position.get_byte();
|
||||||
|
|
||||||
|
// Validate what we've got here with a hand-written sample
|
||||||
|
std::ifstream sample("samples/bitstream1.bin", std::ios::binary);
|
||||||
|
if (!sample.is_open())
|
||||||
|
FAIL();
|
||||||
|
|
||||||
|
// Load the sample data and compare
|
||||||
|
auto *sample_data = new char[size + 1] { 0 };
|
||||||
|
sample.read(sample_data, size);
|
||||||
|
if (strcmp(sample_data, (char *)bit_stream->data()) != 0)
|
||||||
|
FAIL();
|
||||||
|
|
||||||
|
// Free resources
|
||||||
|
delete bit_stream;
|
||||||
|
delete[] sample_data;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
TEST_CASE("Write bytes", "[bit-stream]")
|
||||||
|
{
|
||||||
|
auto *bit_stream = new BitStream();
|
||||||
|
|
||||||
|
// Write an alternating pattern of bits
|
||||||
|
bit_stream->write<uint8_t>(0x01, 8);
|
||||||
|
bit_stream->write<uint16_t>(0x0302, 16);
|
||||||
|
bit_stream->write<uint32_t>(0x060504, 24);
|
||||||
|
bit_stream->write<uint32_t>(0x0A090807, 32);
|
||||||
|
bit_stream->write<uint64_t>(0x1211100F0E0D0C0BL, 64);
|
||||||
|
|
||||||
|
// Make sure tell is reporting the right position
|
||||||
|
auto position = bit_stream->tell();
|
||||||
|
if (position.get_byte() != 18 || position.get_bit() != 0)
|
||||||
|
FAIL();
|
||||||
|
const auto size = position.get_byte();
|
||||||
|
|
||||||
|
// Validate what we've got here with a hand-written sample
|
||||||
|
std::ifstream sample("samples/bitstream2.bin", std::ios::binary);
|
||||||
|
if (!sample.is_open())
|
||||||
|
FAIL();
|
||||||
|
|
||||||
|
// Load the sample data and compare
|
||||||
|
auto *sample_data = new char[size + 1]{ 0 };
|
||||||
|
sample.read(sample_data, size);
|
||||||
|
if (strcmp(sample_data, (char *)bit_stream->data()) != 0)
|
||||||
|
FAIL();
|
||||||
|
|
||||||
|
// Free resources
|
||||||
|
delete bit_stream;
|
||||||
|
delete[] sample_data;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
TEST_CASE("Read bits", "[bit-stream]")
|
||||||
|
{
|
||||||
|
auto *bit_stream = new BitStream();
|
||||||
|
|
||||||
|
// Validate what we've got here with a hand-written sample
|
||||||
|
std::ifstream sample("samples/bitstream1.bin", std::ios::binary);
|
||||||
|
if (!sample.is_open())
|
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FAIL();
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// Load the sample data into the bit stream
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const auto begin = sample.tellg();
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sample.seekg(0, std::ios::end);
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||||||
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const auto end = sample.tellg();
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||||||
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const size_t size = end - begin;
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||||||
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sample.seekg(std::ios::beg);
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||||||
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sample.read((char *)bit_stream->data(), size);
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||||||
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// Read the values and check they are what we are expecting
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if (bit_stream->read<uint8_t>(1) != 0b1)
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||||||
|
FAIL();
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||||||
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if (bit_stream->read<uint8_t>(2) != 0b10)
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||||||
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FAIL();
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||||||
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if (bit_stream->read<uint8_t>(3) != 0b010)
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||||||
|
FAIL();
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||||||
|
if (bit_stream->read<uint8_t>(4) != 0b0101)
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||||||
|
FAIL();
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||||||
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if (bit_stream->read<uint8_t>(5) != 0b10101)
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||||||
|
FAIL();
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||||||
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if (bit_stream->read<uint8_t>(6) != 0b101010)
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||||||
|
FAIL();
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||||||
|
if (bit_stream->read<uint8_t>(7) != 0b0101010)
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||||||
|
FAIL();
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||||||
|
if (bit_stream->read<uint8_t>(4) != 0b0101)
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||||||
|
FAIL();
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||||||
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// Free resources
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delete bit_stream;
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}
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TEST_CASE("Read bytes", "[bit-stream]")
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{
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auto *bit_stream = new BitStream();
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// Validate what we've got here with a hand-written sample
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std::ifstream sample("samples/bitstream2.bin", std::ios::binary);
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if (!sample.is_open())
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||||||
|
FAIL();
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||||||
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||||||
|
// Load the sample data into the bit stream
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||||||
|
const auto begin = sample.tellg();
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||||||
|
sample.seekg(0, std::ios::end);
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||||||
|
const auto end = sample.tellg();
|
||||||
|
const size_t size = end - begin;
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||||||
|
sample.seekg(std::ios::beg);
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||||||
|
sample.read((char *)bit_stream->data(), size);
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||||||
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// Read the values and check they are what we are expecting
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if (bit_stream->read<uint8_t>(8) != 0x01)
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FAIL();
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if (bit_stream->read<uint16_t>(16) != 0x0302)
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||||||
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FAIL();
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||||||
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if (bit_stream->read<uint32_t>(24) != 0x060504)
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||||||
|
FAIL();
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||||||
|
if (bit_stream->read<uint32_t>(32) != 0x0A090807)
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||||||
|
FAIL();
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||||||
|
if (bit_stream->read<uint64_t>(64) != 0x1211100F0E0D0C0BU)
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||||||
|
FAIL();
|
||||||
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||||||
|
// Free resources
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delete bit_stream;
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||||||
|
}
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