c++ - ejemplos - ¿Es posible utilizar una matriz de campos de bits?

bitset c++ example

Question

Tengo curiosidad por saber, ¿Es posible utilizar una matriz de campos de bits? Me gusta:

struct st
{
  unsigned int i[5]: 4;
}; 

Answer 1

C no admite matrices de campos de bits, por lo que la respuesta corta es no.

Para matrices muy grandes, podría valer la pena empaquetar valores, 2 por byte, de esta manera:

#define ARRAY_SIZE  1000000

unsigned char arr[(ARRAY_SIZE + 1) / 2];

int get_4bits(const unsigned char *arr, size_t index) {
    return arr[index >> 1] >> ((index & 1) << 2);
}

int set_4bits(unsigned char *arr, size_t index, int value) {
    arr[index >> 1] &= ~ 0x0F << ((index & 1) << 2);
    arr[index >> 1] |= (value & 0x0F) << ((index & 1) << 2);
}

Answer 2

No, no puedes. El campo de bits solo se puede utilizar con variables de tipo integral.

C11-§6.7.2.1 / 5

Un campo de bits debe tener un tipo que sea una versión calificada o no calificada de _Bool , signed int , unsigned int o algún otro tipo definido por la implementación.

Alternativamente puedes hacer esto

struct st
{
    unsigned int i: 4;  
} arr_st[5]; 

pero su tamaño será 5 veces el tamaño de una struct (como se menciona en el comment de @ Jonathan Leffler ) con 5 miembros cada uno con el campo de bits 4 . Por lo tanto, no tiene mucho sentido aquí.

Más de cerca puedes hacer esto

struct st
{
    uint8_t i: 4;   // Will take only a byte
} arr_st[5]; 

Answer 3

Puedes escribir tu propia clase para este caso. Por ejemplo:

template <typename T, size_t ITEM_BIT_SIZE>
class BitArrayView {
private:
    static const size_t ARRAY_ENTRY_BITS = sizeof(T) * 8;
    static const T ITEM_MASK = (~((T) 0)) >> (ARRAY_ENTRY_BITS - ITEM_BIT_SIZE);
    T* arr;
public:
    struct ItemMutator {
        BitArrayView* owner;
        size_t index;
        T operator=(T value) {
            return owner->set(index, value);
        }
        operator T() {
            return owner->get(index);
        }
    };
    const size_t bitSize;
    BitArrayView(T* arr, size_t length) : arr(arr), bitSize((length * ARRAY_ENTRY_BITS) / ITEM_BIT_SIZE) {}
    T get(size_t index) const {
        size_t bitPos = index * ITEM_BIT_SIZE;
        size_t arrIndex = bitPos / ARRAY_ENTRY_BITS;
        size_t shiftCount = bitPos % ARRAY_ENTRY_BITS;
        return (arr[arrIndex] >> shiftCount) & ITEM_MASK;
    }
    T set(size_t index, T value) {
        size_t bitPos = index * ITEM_BIT_SIZE;
        size_t arrIndex = bitPos / ARRAY_ENTRY_BITS;
        size_t shiftCount = bitPos % ARRAY_ENTRY_BITS;
        value &= ITEM_MASK; // trim
        arr[arrIndex] &= ~(ITEM_MASK << shiftCount); // clear target bits
        arr[arrIndex] |= value << shiftCount; // insert new bits 
        return value;
    }
    ItemMutator operator[](size_t index) {
        return { this, index };
    }
};

Y luego puedes acceder a él como una matriz de "campo de bits":

// create array of some uints
unsigned int arr[5] = { 0, 0, 0, 0, 0 };

// set BitArrayView of 3-bit entries on some part of the array 
// (two indexes starting at 1)
BitArrayView<unsigned int, 3> arrView(arr + 1, 2);

// should equal 21 now => (2 * 32) / 3
arrView.bitSize == 21;

for (unsigned int i = 0; i < arrView.bitSize; i++) {
    arrView[i] = 7; // eg.: 0b111;
}

// now arr[1] should have all bits set
// and arr[2] should have all bits set but last one unset => (2 * 32) % 3 = 1
// the remaining arr items should stay untouched

Esta es una implementación simple que debería funcionar solo con matrices de respaldo sin firma.

Observe "el truco del mutador" en el operator[] ;).

Por supuesto, también se podrían implementar otros operadores.