Question

我们的操作系统教授提到，为了为新进程分配进程ID，内核会逐步搜索大小相当于最大进程数（默认为~32,768）的数组中的第一个零位，其中一个已分配的进程id中有1个存储在其中。

据我所知，C中没有位数据类型。显然，我在这里缺少一些东西。

是否有任何这样的特殊构造可以构建一个位数组？这完全是怎么做的？

更重要的是，在这样的阵列上可以执行哪些操作？

Answer 1

位数组只是字节数组，您可以使用bitwise operators来读取各个位。

假设您有一个1字节的char变量。这包含8位。您可以通过执行值为1的按位AND运算来测试最低位是否为真，例如

 char a = /*something*/;
 if (a & 1) {
    /* lowest bit is true */
 }

请注意，这是单＆符号。它与逻辑 AND运算符&&完全不同。这是有效的，因为a & 1将“掩盖”除第一个之外的所有位，因此a & 1当且仅当a的最低位为1时才为非零。同样，您可以检查如果第二个最低位为真，则将其与2进行“与”运算，第三个与“和”运算符为4，等等，以获得2的持续幂。

因此，32,768个元素的位数组将表示为4096个元素的字节数组，其中第一个字节保存位0-7，第二个字节保存位8-15，等等。执行检查时，代码将从包含要检查的位的数组中选择字节，然后使用按位运算从字节中读取位值。

就操作的内容而言，与任何其他数据类型一样，您可以读取值和写入值。我解释了如何读取上面的值，我将解释如何在下面写入值，但如果你真的对理解按位操作感兴趣，请阅读我在第一句中提供的链接。

如何写入取决于是否要写入0或1.要将1位写入字节a，执行与AND操作相反的操作：OR操作，例如

 char a = /*something*/;
 a = a | 1; /* or a |= 1 */

此后，无论之前是否设置，a的最低位都将设置为1。再次，您可以将此写入第二个位置，方法是将1替换为2，或者将第三个位置替换为4，依此类推2的幂。

最后，要写入一个零位，您要与要写入的位置的反向进行AND，例如

 char a = /*something*/;
 a = a & ~1; /* or a &= ~1 */

现在，a的最低位设置为0，无论其先前的值如何。这是有效的，因为~1将除之外的所有位设置为最低设置为1，最低设置为零。这会将最低位“屏蔽”为零，并将a的其余位单独保留。

Answer 2

struct可以为成员分配位大小，但这是“C”中“位类型”的范围。

struct int_sized_struct {
   int foo:4;
   int bar:4;
   int baz:24;
};

其余部分是通过按位操作完成的。例如。搜索PID位图可以通过以下方式完成：

extern uint32_t *process_bitmap;
uint32_t *p = process_bitmap;
uint32_t bit_offset = 0;
uint32_t bit_test;

/* Scan pid bitmap 32 entries per cycle. */
while ((*p & 0xffffffff) == 0xffffffff) {
  p++;
}

/* Scan the 32-bit int block that has an open slot for the open PID */
bit_test = 0x80000000;
while ((*p & bit_test) == bit_test) {
   bit_test >>= 1;
   bit_offset++;
}
pid = (p - process_bitmap)*8 + bit_offset;

这比使用每个PID一个字节的简单for循环扫描一样快大约32倍。（实际上，大于32倍，因为更多的位图将保留在CPU缓存中。）

Answer 3

请参阅http://graphics.stanford.edu/~seander/bithacks.html

Answer 4

C中没有位类型，但位操作相当简单。一些处理器具有特定于位的指令，下面的代码可以很好地优化，即使没有它应该非常快。使用32位字而不是字节数组可能会更快或更快。内联而不是函数也有助于提高性能。

如果你有内存要刻录，只需使用整个字节来存储一位（或整个32位数字等），这会大大提高性能，但代价是使用的内存。


unsigned char data[SIZE];

unsigned char get_bit ( unsigned int offset )
{
    //TODO: limit check offset
    if(data[offset>>3]&(1<<(offset&7))) return(1);
    else return(0);
}
void set_bit ( unsigned int offset, unsigned char bit )
{
    //TODO: limit check offset
    if(bit) data[offset>>3]|=1<<(offset&7);
    else    data[offset>>3]&=~(1<<(offset&7));
}

C中的大位数组

4 个答案: