Операции с битами данных

Иногда, чтобы отслеживать состояние объектов, бывает удобно устанавливать для них флаги. (Например, с помощью флагов можно проверить, был ли объект инициализирован, вызывался ли для него определенный метод и пр., а также связать вывод предупреждающих сообщений с флагом объекта AlarmState.)

Для флагов можно использовать переменные типа Boolean, но если у вас много признаков и для вас важно экономить ресурсы компьютера, удобнее для установки флагов использовать отдельные биты значения в двоичном формате.

Каждый байт имеет восемь битов, поэтому четырехбайтовая переменная типа long может представлять 32 отдельных флага. Если значение бита равно 1, то говорят, что флаг установлен, а если 0 — то сброшен. Другими словами, чтобы установить флаг, нужно определенному биту переменной присвоить значение 1, а чтобы сбросить флаг — значение 0. Устанавливать и сбрасывать флаги можно, изменяя значения переменной типа long, но такой подход нерационален и может ввести в заблуждение.

Примечание: В приложении В содержится ценная дополнительная информация об операциях над двоичными и шестнадцатеричными числами.

В языке C++ предусмотрены побитовые операторы для работы с битами данных. Они схожи, но в то же время отличаются от логических операторов, поэтому многие начинающие программисты их путают. Побитовые операторы представлены в табл. 21.1.

Таблица 21.1. Побитовые операции

Оператор И (AND)

Для обозначения оператора побитового И (&) используется одиночный амперсант, а оператор логического И обозначается двумя амперсантами. При выполнении операции побитового И с двумя битами результат равен 1, если оба бита равны 1, и 0, если хотя бы один бит (или оба сразу) равен 0.

Оператор ИЛИ (OR)

Вторым побитовым оператором является ИЛИ (|). И опять-таки для его обозначения используется одиночный символ вертикальной черты, в отличие от логического ИЛИ, обозначаемого двумя символами вертикальной черты. При выполнении операции побитового ИЛИ с двумя битами результат равен 1, если хотя бы один бит (или оба сразу) равен 1.

Оператор исключающего ИЛИ (XOR)

Третий побитовый оператор — исключающее ИЛИ (^). При выполнении операции исключающего ИЛИ с двумя битами результат равен 1, если эти два разряда различны.

Оператор дополнения до единицы

Оператор дополнения до единицы (~) сбрасывает каждый установленный бит и устанавливает каждый сброшенный бит в числе. Если текущее значение равно 1010 0011, то дополнение его до единицы будет иметь вид 0101 1100.

Установка битов

Если вы хотите установить или сбросить конкретный флаг, следует использовать опа- рацию маскирования. Если в программе для установки флагов используется 4-байтовая переменная и нужно установить флаг, связанный с восьмым битом этой переменной, следует выполнить операцию побитового ИЛИ для этой переменной и числа 128. Почему 128? Потому что 128 - это 1000 0000 в двоичной системе счисления, таким образом, можно сказать, что число 128 определяет значение восьмого разряда. Независимо от текущего значения этого разряда в 4-байтовой переменной (установлен он или сброшен), при выполнении операции ИЛИ с числом 128 этот бит будет установлен, а все остальные биты сохранят прежние значения. Предположим, что текущее значение этой 4-байтовой переменной в двоичном формате равно 1010 0110 0010 0110. Применение к ней операции ИЛИ с числом 128 выглядит следующим образом: 9 8765 4321

1010 0110 0010 0110 // 8-й бит сброшен

|   0000 0000 1000 0000 // 128

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

1010 0110 1010 0110 // 8-й бит установлен

Хочется обратить ваше внимание на некоторые вещи. Во-первых, как правило, биты считаются справа налево. Во-вторых, значение 128 содержит все нули, за исключением восьмого бита, т.е. того разряда, который вы хотите установить. В-третьих, в исходном числе 1010 0110 0010 0110 операцией ИЛИ изменяется только восьмой бит. Если бы он в этом значении был установлен еще до выполнения операции ИЛИ, то значение вообще не изменилось бы.