1. Отступление на тему языка с. Поля структур.

В вышеприведенном примере кажется весьма накладным использовать целую переменную для хранения всего одного бита информации. Можно попробовать отвести под эту переменную меньше памяти:

typedef struct SBTreeX_

{

char IsRed;

int value;

struct STree_ *par;

struct STree_ *left, *right;

} SBTreeX;

Однако, в силу наличия выравнивания в структурах, для большинства современных машин размеры структур SBTreeX и SBTree окажутся равными.

Можно попробовать `отщипнуть’ один бит для переменной IsRed из целой переменной с ключом данной структуры value. Это можно сделать с помощью полей в структурах. Поля в структурах это – переменные целого типа, при описании которых после имени переменной пишется двоеточие и вслед за ним – количество бит, которые должны быть отведены под данную переменную. Например, в нашем случае, можно определить вершину дерева следующим образом:

typedef struct SBTree1_

{

unsigned int IsRed :1;

unsigned int value :31;

struct STree_ *par;

struct STree_ *left, *right;

} SBTree1;

При этом, следует понимать, что теперь каждая операция с членами структуры IsRed и value будет происходить довольно сложно (имеется реализация данной операции в кодах). Действительно, например, для изменения переменной value ее сначала требуется извлечь из структуры (используя битовые операции), изменить, а затем – поместить обратно.

Следует ожидать, что на IBM-совместимых ЭВМ работа со следующей структурой SBTree2 будет происходить медленнее, чем со структурой SBTree1:

typedef struct SBTree2_

{

unsigned int value :31;

unsigned int IsRed :1;

struct STree_ *par;

struct STree_ *left, *right;

} SBTree2;

Здесь используется следующий факт: на IBM-совместимых ЭВМ переменные типа int занимают 4 байта и байты располагаются в обратном порядке: от старшего к младшему. Поэтому для извлечения целой переменной из структуры SBTree1 требуется скопировать первые 4 байта структуры в отдельную переменную и обнулить старший бит этой переменной. Для структуры SBTree2 после извлечения первых четырех байт из структуры во внешнюю целую переменную надо еще дополнительно сдвинуть все биты целой переменной вправо на 1 бит.

Простейшие тесты подтверждают данное предположение. Естественно, что разные компиляторы по разному оптимизируют работу с битовыми полями. Так, например, компилятор Microsoft Visual C++ почти нивелирует разницу в скорости работы со всеми описанными типами структур (разница в скорости элементарных операций с данными структурами оценивается примерно 10-20%). Для используемого же компилятора gnu C++ разница в скорости оказалась – вдвое.

Отметим, что данный подход применим далеко не всегда. Поля в структурах обязаны иметь тип unsigned int. В современных версиях языка С это требование немного ослабло и вместо этого типа часто можно использовать другие целые типы, но, например, тип float все равно использовать нельзя. Пример использованной программы прилагается.