c++和按位操作中的联合

Question

我在源代码中看到了以下结构。

template<unsigned bitno, unsigned nbits = 1, typename T = u8>
struct RegBit
{
    T data;
    enum { mask = (1u << nbits) - 1u };
    template<typename T2>
    RegBit& operator=(T2 val)
    {
        data = (data & ~(mask << bitno)) | ((nbits > 1 ? val & mask : !!val) << bitno);
        return *this;
    }
    operator unsigned() const { return (data >> bitno) & mask; }
};

union {
    u8 raw;
    RegBit<0> r0;
    RegBit<1> r1;
    RegBit<2> r2;
    RegBit<3> r3;
    RegBit<6> r6;
    RegBit<7> r7;
} P;

在第一次阅读之后，我发现类型为RegBit的对象的RegBit强制转换将返回data的位号bitno + 1。

但是，我不明白如何处理=重载操作符。我的意思是我理解语法，但不是按位操作的目的。

最后，如果运行代码并将值影响到P.raw，您将注意到∀i∈0;7，P.ri.data = P.raw。

这怎么可能？当然，代码执行它应该做的事情，例如：(unsigned)P.ri i∈0;7，i+1是P.raw__的第四位。

Answer 1

operator=是如何工作的？

编写P.r2 = 1;时，将调用r2成员的赋值运算符。因此，它将具有P.r2.operator= (1);的效果，它将返回对P.r2的引用。

让我们以bitno=2、nbits=1和T为u8来分析专用模板中的赋值细节：

mask = (1u << nbits) - 1u   
     = (1 shifted by 1 bits, aka binary 10) - 1
     = binary 1  (i.e.  it's a binary number with the n lowest bits set)

让我们一步一步地分析整个表达方式。首先是左边的部分：

mask << bitno ===> binary 100
~(mask << bitno)  ===> binary 1..1011  (aka the bit bitno is set to 0, counting from least significant bit) 
(data & ~(mask << bitno))  ===> the bit bitno is set to 0 in data (thanks to the bitwise &)  

现在，表达式的正确部分是：

(nbits > 1 ? val & mask : !!val) is a conditional operator:  
   if nbits >1 is true, then it's val&mask, aka the n lowest bits of val
   if not, then it's !!val, aka "not not val" which evalauates to 0 if val is 0 and 1 if val is not 0.  
In our case, it's the second alternative so 0 or 1 depending on val.  
((nbits > 1 ? val & mask : !!val) << bitno)  then shifts the 0 or the 1 by 2 bits.  

现在，最后将所有这些结合起来：

data = (data & ~(mask << bitno)) | ((nbits > 1 ? val & mask : !!val) << bitno);

      = (data with the bit bitno set to 0) ored with (val expressed on one bit in the bit bitno, counting from the least significant )

否则，当位值0与位值x作为结果(位值x)时，该表达式将位位值设置为val (作为bool处理的val)。

但是工会应该做什么呢？

该联盟在同一个内存位置处理其所有成员(它们都是相同类型的u8)。

那么，根据您预期的输出结果是什么呢？

P.raw=0; 
P.r2=1; 
P.r3=0;  
P.r4=1;  
cout << (int)P.raw <<endl;  

编写代码片段的乐观主义者当然期望得到20 (也就是二进制10100)的结果。这在许多编译器上可能会像这样工作。但在现实中，这是绝对不能按照标准保证的：

9.5/1:在一个联合中，最多一个非静态数据成员可以在任何时候都是活动的，也就是说，的值最多可以在任何时候存储在一个中的非静态数据成员中。

否则，如果您将某些内容存储在r2中，则无法确定您是否会在r4中找到相同的值。唯一可以肯定的是，如果您在r2中存储了一些东西，而没有在其他成员中存储任何东西，那么您将在r2中找到您在那里存储的内容。

工会的替代方案

如果需要确保可移植性，可以考虑使用std::bitset或标准位域。