Question

在询问如何做wrapped N bit signed subtraction的问题时，我得到了以下答案：

template<int bits>
int
sub_wrap( int v, int s )
{
    struct Bits { signed int r: bits; } tmp;
    tmp.r = v - s;
    return tmp.r;
}

这很简洁，但编译器将如何实现呢？从this question开始，我认为访问位字段或多或少与手动操作相同，但与本例中的算术结合时又如何呢？它会像一个好的手动比特法一样快吗？

如果有人想要具体，那么“编译器”角色中“gcc”的答案会很棒。我已经尝试过阅读生成的程序集，但它目前已超出我的范围。

Answer 1

编译器了解示例中r的大小和确切位置。假设它就像

[xxxxrrrr]

然后

tmp.r = X;

可以，例如被扩展为（b-后缀表示二进制文字，&是按位，|是按位或）

tmp = (tmp & 11110000b)   // <-- get the remainder which is not tmp.r
    | (X   & 00001111b);  // <-- put X into tmp.r and filter away unwanted bits

想象一下你的布局是

[xxrrrrxx]   // 4 bits, 2 left-shifts

扩张可能是

tmp = (tmp    & 11000011b)   // <-- get the remainder which is not tmp.r
    | ((X<<2) & 00111100b);  // <-- filter 4 relevant bits, then shift left 2

X实际上是什么样的，无论是复杂的表述还是仅仅是文字，实际上都是无关紧要的。

如果你的体系结构不支持这样的按位运算，那么仍然存在乘法和除以2的幂来模拟移位，并且这些也可能用于滤除不需要的位。

Answer 2

如另一个问题所述，无符号包装数学可以完成：

int tmp = (a - b) & 0xFFF;  /* 12 bit mask.  */

将写入（12位）位域将完全执行，有符号或无符号。唯一的区别是您可能会从编译器收到警告消息。

对于阅读，你需要做一些不同的事情。

对于无符号数学，这足以做到这一点：

int result = tmp;  /* whatever bit count, we know tmp contains nothing else.  */

或

int result = tmp & 0xFFF;  /* 12bit, again, if we have other junk in tmp.  */

对于有符号数学，额外的魔力是符号扩展：

int result = (tmp << (32-12)) >> (32-12); /* asssuming 32bit int, and 12bit value. */

所有这一切都是在更广泛的int中复制位域的最高位（第11位）。

这正是编译器对位域所做的工作。无论您是手动编码还是作为位域编码都取决于您，但只需确保您获得正确的数字。

（我没有阅读标准，但我怀疑依靠bitfields在溢出时做正确的事情可能不安全？）

编译器如何实现位字段算术？

2 个答案: