Программирование на C и C++

Онлайн справочник программиста на C и C++

Битовые поля

В противоположность другим компьютерным языкам С имеет возможность, называемую битовыми полями, позволяющую работать с отдельными битами. Битовые поля полезны по нескольким причинам. Ниже приведены три из них:

  1. Если ограничено место для хранения информации, можно сохранить несколько логических (истина/ложь) переменных в одном байте.
  2. Некоторые интерфейсы устройств передают информацию, закодировав биты в один байт.
  3. Некоторым процедурам кодирования необходимо получить доступ к отдельным битам в байте.

Хотя все эти функции могут выполняться с помощью битовых операторов, битовые поля могут внести большую ясность в программу.

Метод использования битовых полей для доступа к битам основан на структурах. Битовое поле, на самом деле, - это просто особый тип структуры, определяющей, какую длину имеет каждый член. Стандартный вид объявления битовых полей следующий:

struct имя структуры {
тип имя1: длина;
тип имя2: длина;
...
тип имяN: длина;
}

Битовые поля должны объявляться как int, unsigned или signed. Битовые поля длиной 1 должны объявляться как unsigned, поскольку 1 бит не может иметь знака. Битовые поля могут иметь длину от 1 до16 бит для 16-битных сред и от 1 до 32 бит для 32-битных сред. В Borland С++ самый левый бит является знаковым.

Рассмотрим приведенное ниже определение структуры:

struct device {
unsigned active : 1;
unsigned ready : 1;
unsigned xmt_error : 1;
} dev_code;

Данная структура определяет три переменные по одному биту каждая. Структурная переменная dev_code может, например, использоваться для декодирования информации из порта ленточного накопителя. Для такого гипотетического ленточного накопителя следующий фрагмент кода записывает байт информации на ленту и проверяет на ошибки, используя dev_code:

void wr_tape(char с)
{
while(!dev_code.ready) rd(&dev_code); /* ждать */
wr_to__tape (с); /* запись байта */
while(dev_code.active) rd(&dev_code); /* ожидание окончания записи информации */
if(dev_code.xmt error) printf("Write Error");
}

Здесь rd() возвращает статус ленточного накопителя wr_to_tape(), записывает данные. Рисунок показывает, как выглядит переменная dev_code в памяти.

Рисунок: Размещение битового поля dev_code в памяти

Как можно видеть из предыдущего примера, к каждому полю происходит обращение с помощью оператора "точка". Тем не менее если обращение к структуре происходит с помощью указателя, то следует использовать оператор ->.

Нет необходимости обзывать каждое битовое поле. К полю, имеющему название, легче получить доступ. Например, если ленточный накопитель возвращает информацию, о наступлении конца ленты в пятом бите, следует изменить структуру device следующим образом:

struct device {
unsigned active : 1;
unsigned ready : 1;
unsigned xmt_error : 1;
unsigned : 2;
unsigned EOT : 1;
} dev_code;

Битовые поля имеют некоторые ограничения. Нельзя получить адрес переменной битового поля. Переменные битового поля не могут помещаться в массив. Переходя с компьютера на компьютер нельзя быть уверенным в порядке изменения битов (слева направо или справа налево). Любой код, использующий битовые поля, зависит от компьютера.

Наконец, можно смешивать различные структурные переменные в битовых полях. Например:

struct emp {
struct addr address;
float pay;
unsigned lay_off:1;
unsigned hourly:1;
unsigned deductions:3;
};

определяет запись служащего, использующую только один байт для хранения трех частей информации - статуса служащего, получил ли он зарплату и размер удержаний. Без использования битовых полей данная информация заняла бы три байта.