3.5. Битовые поля

Стандарт C99, который часто является основой языка С++, позволяет описывать данные на уровне битов. Это достигается путем использования битовых полей, представляющие собой переменные типов signed или unsigned int, у которых используются лишь несколько бит для хранения данных. Такие переменные обычно записываются в структуру и единую последовательность бит. Рассмотрим пример, в котором задается структура flags, внутри которой задано 8 битовых полей:

struct {
unsigned int first : 1;
unsigned int second : 1;
unsigned int third : 1;
unsigned int forth : 1;
unsigned int fifth : 1;
unsigned int sixth : 1;
unsigned int sevnth : 1;
unsigned int eighth : 1;
} flags;

Теперь, для определения того или иного бита переменной flags достаточно воспользоваться операцией

flags.first = 1;
flags.third = 1;

В этом случае будут установлены первый и третий биты, а остальные равны нулю, что соответствует числу 5. Данное значение можно отобразить, воспользовавшись функцией printf():

printf(“flags = %d.\n”,flags);

но переменной flags нельзя присваивать значения как обычной переменной, т.е. следующий программный код будет неверным:

flags = 5; //неверно, так нельзя

Также нельзя присваивать значение flags переменным, например, следующая запись приведет к сообщению об ошибке:

int var = flags; //ошибка, структуру нельзя присваивать переменной

Так как поля first,…, eighth могут содержать только один бит информации, то они принимают значения 0 или 1 для типа unsigned int и 0 и -1 - для типа signed int. Если полю присваивается значение за пределами этого диапазона, то оно выбирает первый бит из присваиваемого числа.

В общем случае можно задавать любое число бит для описания полей, например

struct {
unsigned int code1 : 2;
unsigned int code2 : 2;
unsigned int code3 : 8;
} prcode;

Здесь создается два двух битовых поля и одно восьмибитовое. В результате возможны следующие операции присваивания:

prcode.code1 = 0;
prcode.code2 = 3;
prcode.code3 = 128;

Структуры flags и prcode удобно использовать в условных операторах if и switch. Рассмотрим пример использования структуры битовых полей для описания свойств окна пользовательского интерфейса.

struct tag_window {
unsigned int show : 1 //показать или скрыть
unsigned int style : 3 //WS_BORDER, WS_CAPTION, WS_DLGFRAME
unsigned int color : 3 //RED, GREEN, BLUE
} window;

Определим следующие константы:

#define WS_BORDER 1 //001
#define WS_CAPTION 2 //010
#define WS_DLGFRAME 4 //100
#define RED 1
#define GREEN 2
#define BLUE 4
#define SW_SHOW 0
#define SW_HIDE 1

Пример инициализации структуры битовых полей

window.show = SW_SHOW;
window.style = WS_BORDER | WS_CAPTION;
window.color = RED | GREEN | BLUE; //белый цвет