Сброс битов

Если нужно сбросить восьмой бит, можно использовать побитовую операцию И с дополнением числа 128 до единицы. Дополнение числа 128 до - это называется такое число, которое получается, если взять в двоичном представлении число 128 (1000 0000), а затем установить в нем каждый сброшенный и сбросить каждый установленный бит (0111 1111). При выполнении побитовой операции И с этими числами исходное число не изменяется, за исключением восьмого разряда, который сбрасывается в нуль.

1010 0110 1010 0110 // 8-й бит установлен

& 1111 1111 0111 1111 // ~128 (дополнение до единицы числа 128)

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

1010 0110 0010 0110 // 8-й бит сброшен

Чтобы до конца понять этот метод решения, сделайте самостоятельно все математические операции. Каждый раз, когда оба бита равны 1, запишите результат равным 1. Если какой-нибудь бит равен 0, запишите в ответе 0. Сравните ответ с исходным числом. Оно должно остаться без изменений, за исключением восьмого бита, который в результате этой операции побитового И будет сброшен.

Инверсия битов

Наконец, если вы хотите инвертировать восьмой бит независимо от его предыдущего состояния, используйте операцию исключающего ИЛИ для этого числа и числа 128. Итак:

1010 0110 1010 0110 // число

^ 0000 0000 1000 0000 // 128

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

1010 0110 0010 0110 // 8-й бит инвертирован

^ 0000 0000 1000 0000 // 128

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

1010 0110 1010 0110 // 8-й бит инвертирован снова

Рекомендуется: Используйте маски и оператор ИЛИ для установки битов. Используйте маски и оператор И для сбросабитов. Используйте маски и оператор исключающего или для инвертирования битов.

Битовые поля

При некоторых обстоятельствах, когда на счету каждый байт, экономия шести или восьми байтов в классе может иметь существенные последствия. Если в классе или структуре вместо набора логических переменных (типа Boolean) или переменных, которые могут иметь только очень небольшое число возможных значений, использовать битовые поля, можно сэкономить некоторый объем памяти.

Среди стандартных типов данных C++ меньше всего памяти требуют переменные типа char: длина переменной составляет всего один байт. Часто для создания битовых полей используются переменные типа int, для которых требуется два или чаше четыре байта. В битовом поле, основанном на переменной типа char, можно хранить восемь двоичных значений, а в переменной типа long - 32 таких значения.

Так как же работают битовые поля? Им присваиваются имена и организуется доступ точно таким же способом, как к любому члену класса. Они всегда объявляются с использованием беззнакового типа int. После имени битового поля ставится двоеточие и число. Число указывает компилятору, сколько битов будет использовано для установки одного значения. Так, если записать число 1, то с помощью одного бита можно будет присваивать только значения 0 или 1. Если записать число 2, то с помощью двух битов можно будет представлять четыре значения: 0, 1, 2 или 3. Поле из трех битов может представлять восемь значений и т.д. Обзор двоичных чисел приведен в приложении В. Использование битовых полей иллюстрируется в листинге 21.8.

Листинг 21.8. Использование битовых полей

1: #include <iostream.h>

2: #include <string.h>

3:

4: enum STATUS { FullTime, PartTime };

5: enum GRADLEVEL { UnderGrad, Grad };

6: enum HOUSING { Dorm, OffCampus };

7: enum FOODPLAN { OneMeal, AllMeals, WeekEnds, NoMeals };

8:

9:  class student

10: {

11:    public:

12:       student():

13:       myStatus(FullTime),

14:       myGradLevel(UnderGrad),

15:       myHousing(Dorm),

16:       myFoodPlan(NoMeals)

17:       { }

18:       ~student() { }

19:       STATUS GetStatus();

20:       void SetStatus(STATUS);

21:       unsigned GetPlan() { return myFoodPlan; }

22:

23:    private:

24:       unsigned myStatus: 1;

25:       unsigned myGradLevel: 1;

26:       unsigned myHousing: 1;

27:       unsigned myFoodPlan: 2;

28: };

29:

30: STATUS student::GetStatus()

31: {

32:    if (myStatus)

33:       return FullTime;

34:    else

35:       return PartTime;

36: }

37: void student::SetStatus(STATUS theStatus)

38: {

39:    myStatus = theStatus;

40: }

41:

42:

43: int main()

44: {

45:    student Jim;

46:

47:    if (Jim.GetStatus()== PartTime)

48:       cout << "Jim is part time" << endl;

49:    else

50:       cout << "Jim is full time" << endl;

51:

52:    Jim.SetStatus(PartTime);

53:

54:    if (Jim.GetStatus())

55:       cout << "Jim is part time" << endl;

56:    else

57:       cout << "Jim is full time" << endl;

58:

59:    cout << "Jim is on the " ;

60:

61:    char Plan[80];

62:    switch (Jim.GetPlan())

63:    {

64:       case OneMeal: strcpy(Plan, "One meal"); break;

65:       case AllMeals: strcpy(Plan, "All meals"); break;

66:       case WeekEnds: strcpy(Plan, "Weekend meals"); break;

67:       case NoMeals: strcpy(Plan, "No Meals");break;

68:       default : cout << "Something bad went wrong!\n"; break;

69:    }

70:    cout << Plan << " food plan. " << endl;

71:    return 0;

72: }

Результат:

Jim is part time

Jim is full time

Jim is on the No Meals food plan.

Анализ: Строки 4—7 содержат определение нескольких перечислений. Они используются для определения значения битовых полей внутри класса student.

В строках 9—28 объявляется класс student. Несмотря на тривиальность, он интересен тем, что все его данные упакованы в пяти битах. Первый бит определяет, является ли данный студент представителем очной (full time) или заочной (part time) формы обучения. Второй — получил ли этот студент степень бакалавра (UnderGrad). Третий — проживает ли студент в общежитии. И последние два бита определяют, какой из четырех возможных вариантов питания в студенческой столовой выбран студентом.

Методы класса не отличаются ничем особенным от методов любого другого класса, т.е. на них никоим образом не повлиял тот факт, что они написаны для битовых полей, а не для обычных целочисленных значений или перечислений.

Функция-член GetStatus() считывает значение бита и возвращает константу перечисления, но это не обязательное решение. С таким же успехом можно было бы написать вариант, непосредственно возвращающий значение битового поля. Компилятор сам сможет преобразовать битовое значение в константу.

Чтобы убедиться в этом, замените выполнение функции GetStatus() следующим кодом:

STATUS student::GetStatus()

{

   return myStatus;

}

При этом в работе программы не произойдет никаких изменений. Вариант, приведенный в листинге, — это дань ясности при чтении кода, а на результат работы компилятора это изменение никак не повлияет.

Обратите внимание на то, что строка 47 должна проверить статус студента (full time или part time), а затем вывести соответствующее сообщение. Попробуем выполнить то же самое по-другому:

cout << "Jim is " << Jim.GetStatus() << endl;

В результате выполнения этого выражения будет выведено следующее сообщение:

Jim is 0

Компилятор не сможет перевести константу перечисления PartTime в соответствующую строку текста.

В строке 62 программы определяется вариант питания студента и для каждого возможного значения соответствующее сообщение помещается в буфер, а затем выводится в строке 70. Опять-таки заметим, что конструкцию с оператором switch можно было бы написать следующим образом:

case 0: strcpy(Plan,"One meal"); break;

case 1: strcpy(Plan,"All meals"); break;

case 2: strcpy(Plan,"Weekend meals"); break;

case 3: strcpy(Plan,"NoMeals"); break;

Самое важное в использовании битовых полей то, что клиент класса не должен беспокоиться насчет способа хранения данных. Поскольку битовые поля относятся к скрытым данным, вы можете свободно изменить их впоследствии, при этом никаких изменений интерфейса не потребуется.