位域（bit-field）：一种压缩空间的成员

 

位域（bit-field）：一种压缩空间的成员

这两天在看公司里关于MPEG-2码流结构的代码，发现“师傅”写关于那些结构的代码的时候出现了如下类似的代码（这里的载自C++ Prime）。

typedef unsigned int Bit;

class File {

public:

Bit mode           : 2;

Bit modified      : 1;

Bit prot_owner : 3;

Bit prot_group   : 3;

Bit prot_world   : 3;

// ...

};

    刚开始觉得有些怪怪的，虽然从结构中大概知道是什么意思，但是具体的却不怎么知道。可能是C/C++的知识有些遗漏，实践比较少吧。于是查找资料，得知：

这是一种被称为位域bit-field 的特殊的类数据成员。它可以被声明用来存放特定数目的位，位域必须是有序数据类型，它可以有符号也可以无符号例如：

class File {

// ...

unsigned int modified : 1; // 位域 (bit-field)

};

位域标识符后面跟有一个冒号，然后是一个常量表达式指定位数，例如，modified 是一个只有一位构成的位域。

在类体中相邻定义的位域，如果可能的话，它们会被放在同一个整数的连续位中，并以此提供空间压缩。例如，在下列声明中，5 个位域被存储在单个unsigned int 中，它首先与位域mode 相关联

typedef unsigned int Bit;

class File {

public:

Bit mode: 2;

Bit modified: 1;

Bit prot_owner: 3;

Bit prot_group: 3;

Bit prot_world: 3;

// ...

};

对于位域的访问方式与其他类数据成员相同。例如，类的私有位域只能在类的成员函数和友元中被访问：

void File::write()

{

modified = 1;

// ...

}

void File::close()

{

if ( modified )

// ... 内容从略

}

下面的例子说明了怎样使用大于1 位的位域。

enum { READ = 01, WRITE = 02 }; // 文件模式

int main() {

File myFile;

myFile.mode |= READ;

if ( myFile.mode & READ )

cout << "myFile.mode is set to READ/n";

}

通常情况下我们会定义一组inline 成员函数，来测试每个位域成员的值。例如，类File可以定义成员isRead()和isWrite()。

inline int File::isRead() { return mode & READ; }

inline int File::isWrite() { return mode & WRITE; }

 

if ( myFile.isRead() ) /* ... */

有了这些成员函数，现在位域可以被声明为类File 的私有成员。

由于取地址操作符& 不能被应用在位域上，所以也没有能指向类的位域的指针位域也不能是类的静态成员

C++标准库提供了一个bitset 类模板，它可以辅助操纵位的集合。在可能的情况下，应尽可能使用它来取代位域。要是你对标准库还没没有什么概念，那你只好用这个了。

之前所说的位域都在类中体现的，那么结构体中呢？

定义位域结构的格式为：

    struct <结构体类型名>

     {

<类型1> <位域名1>:<位数>;

        <类型2> <位域名2>:<位数>;

        …

        <类型n> <位域名n>:<位数>;

     };

其中，<类型>必须是unsigned、signed或int类型；<位域名>是用户命名的标识符；

<位数>表示该位域所占的二进制位数，是一个正整数。

    例如：

    struct bit8253

     {

      unsigned bcd:1;

      unsigned m:3;

      unsigned rl:2;

      unsigned sc:2;

      unsigned black:24;

     };

    说明：

    （1）对于各个位域必须依次从低到高进行定义；

    （2）位数为1的位域只能用unsigned类型；

    （3）每个位域的位数应小于计算机的字长，但各个位域的总长度则可以大于一个字长，超过字长的部分放在下一个存储单元中。

对于这些说明只是针对结构体的呢？还是对于类中的位域一样有适用，还是部分适用呢？有待考证，但是这些都是比较细节的东西了，编程中如果遇到，要是出了错误往这里想就好了。正如福尔摩斯大致所说：“除去那些不可能的，就是这些可能的了。”

       末了，我个人觉得位域还是比较有用的。比如在“码流结构”、“某些传输协议结构”中都有一些字段小于计算机的字长，但是他们某几段的总长度又是比如4个字节。还有就是有人提出现在的内存都是那么大的了，没有必要那么“抠门”了吧。但是，有人说过：“程序员是为程序服务的，而机器不是。”这句话的意思显然了吧。好了，关于位域就说到此了，希望能使你也能有所收获。

 

 

参考：C++Prime

           潭浩强：C++程序设计