C编译器对位域做了什么？

Question

我正在做一个嵌入式项目(PowerPC目标，Freescale Metrowerks Codewarrior编译器)，其中的寄存器是内存映射的，并在很好的位域中定义，以便轻松地旋转单个位标志。

目前，我们正在使用此功能清除中断标志并控制数据传输。虽然我还没有注意到任何bug，但我很好奇这是否安全。有没有什么方法可以安全地使用位域，或者我需要把每个位域都包装在DISABLE_INTERRUPTS中……ENABLE_INTERRUPTS？

需要说明的是: micro提供的报头具有如下字段

union {
        vuint16_t R;
        struct {
            vuint16_t MTM:1;        /* message buffer transmission mode */
            vuint16_t CHNLA:1;      /* channel assignement */
            vuint16_t CHNLB:1;      /* channel assignement */
            vuint16_t CCFE:1;       /* cycle counter filter enable */
            vuint16_t CCFMSK:6;     /* cycle counter filter mask */
            vuint16_t CCFVAL:6;     /* cycle counter filter value */
        } B;
    } MBCCFR;

我假设在位域中设置一个位不是原子的。这是一个正确的假设吗？编译器实际上会为位域生成什么类型的代码？自己使用R(原始)字段执行掩码可能更容易记住操作不是原子的(很容易忘记像CAN_A.IMASK1.B.BUF00M = 1这样的赋值不是原子的)。

非常感谢您的建议。

Answer 1

原子性取决于目标和编译器。例如，AVR-GCC尝试检测位访问，并在可能的情况下发出位设置或清除指令。检查汇编程序的输出以确保...

编辑:这是一个直接从PowerPC上获取原子指令的资源：

http://www.ibm.com/developerworks/library/pa-atom/

Answer 2

假设设置位域不是原子的，这是正确的。C标准对如何实现位域并不特别清楚，不同的编译器对位域的实现方式也各不相同。

如果你真的只关心你的目标架构和编译器，反汇编一些目标代码。

通常，您的代码将实现所需的结果，但效率远低于使用宏和移位的代码。也就是说，如果您不关心这里的性能，那么使用位字段可能更具可读性。

如果您担心将来的程序员(包括您自己)会感到困惑，那么您可以为原子的位编写一个setter包装器函数。

Answer 3

是的，你的假设是正确的，因为你可能不会假设原子性。在特定的平台上，您可能会将其作为额外服务获取，但在任何情况下都不能依赖它。

基本上，编译器会为您执行掩码和其他操作。他也许能够利用转角案例或特殊指示。如果你对效率感兴趣，看看你的编译器生成的汇编程序，通常它是非常有指导意义的。作为一个经验法则，我想说现代编译器生成的代码与中等编程工作的效率一样高。对于你的特定编译器来说，真正深入的比特转换可能会给你带来一些好处。