c ++中的联合和按位运算

时间:2016-05-18 17:56:34

标签: c++ operator-overloading bit-manipulation bitwise-operators unions

我在源代码中看到了以下结构。

template<unsigned bitno, unsigned nbits = 1, typename T = u8>
struct RegBit
{
    T data;
    enum { mask = (1u << nbits) - 1u };
    template<typename T2>
    RegBit& operator=(T2 val)
    {
        data = (data & ~(mask << bitno)) | ((nbits > 1 ? val & mask : !!val) << bitno);
        return *this;
    }
    operator unsigned() const { return (data >> bitno) & mask; }
};

union {
    u8 raw;
    RegBit<0> r0;
    RegBit<1> r1;
    RegBit<2> r2;
    RegBit<3> r3;
    RegBit<6> r6;
    RegBit<7> r7;
} P;

第一次阅读后,我发现类型为unsigned的对象的RegBit广告会返回bitno + 1的位数data

但是,我不明白如何处理=重载运算符。我的意思是我理解语法,但不理解按位操作的意思。

最后,如果您运行代码并将值影响到P.raw,您会注意到∀i∈[0; 7],P.ri.data = P.raw

怎么可能? 当然,代码执行imho所做的事情,即:∀i∈[0; 7],(unsigned)P.riP.raw的第(i + 1)位。< / em>

1 个答案:

答案 0 :(得分:4)

运营商如何运作?

当您编写P.r2 = 1;时,将调用r2成员的赋值运算符。因此它会产生P.r2.operator= (1);的效果,它会返回对P.r2的引用。

让我们分析专门模板中的分配详情,其中bitno=2nbits=1Tu8

mask = (1u << nbits) - 1u   
     = (1 shifted by 1 bits, aka binary 10) - 1
     = binary 1  (i.e.  it's a binary number with the n lowest bits set)

让我们一步一步地分析完整的表达。首先是左边部分:

mask << bitno ===> binary 100
~(mask << bitno)  ===> binary 1..1011  (aka the bit bitno is set to 0, counting from least significant bit) 
(data & ~(mask << bitno))  ===> the bit bitno is set to 0 in data (thanks to the bitwise &)  

现在是表达式的正确部分:

(nbits > 1 ? val & mask : !!val) is a conditional operator:  
   if nbits >1 is true, then it's val&mask, aka the n lowest bits of val
   if not, then it's !!val, aka "not not val" which evalauates to 0 if val is 0 and 1 if val is not 0.  
In our case, it's the second alternative so 0 or 1 depending on val.  
((nbits > 1 ? val & mask : !!val) << bitno)  then shifts the 0 or the 1 by 2 bits.  

现在最后结合所有这些:

data = (data & ~(mask << bitno)) | ((nbits > 1 ? val & mask : !!val) << bitno);

      = (data with the bit bitno set to 0) ored with (val expressed on one bit in the bit bitno, counting from the least significant )

另外说明,作为位值x的位值0给出位值x的结果,该表达式将位bitno设置为val(val作为bool处理)。

但联盟应该做什么?

union在同一内存位置处理其所有成员(它们都是同一类型u8)。

那么根据你的预期输出结果如下:

P.raw=0; 
P.r2=1; 
P.r3=0;  
P.r4=1;  
cout << (int)P.raw <<endl;  

编写代码片段的乐观主义者当然希望得到20的结果(也就是二进制10100)。这可能在许多编译器上都是这样的。但实际上,根据标准,这绝对不是保证:

  

9.5 / 1:在联合中,最多一个非静态数据成员可以随时处于活动状态,即的值最多为一个   非静态数据成员可以随时存储在联合中

否则说明,如果您在r2中存储了某些内容,则您不确定在r4中是否会找到相同的值。唯一可以确定的是,如果你在r2中存储某些东西并且不在其他成员中存储任何其他东西,你会在r2中找到你存储的东西。

联盟的替代方案

如果您需要确保可移植性,可以考虑使用std::bitset或标准bitfields