Лабораторна робота № 4

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний університет “Львівська політехніка”

Поля бітів у структурах.

ПРОГРАМНА РЕАЛІЗАЦІЯ ОБ’ЄДНАНЬ

Інструкція

до лабораторної роботи № 4

з курсу “Проблемно-орієнтоване програмування”

для студентів базового напрямку 6.050101

"Комп’ютерні науки"

ЗАТВЕРДЖЕНО

на засіданні кафедри

Системи автоматизованого проектування

Протокол № 1 від 11.09.2014 р.

ЛЬВІВ 2014

1. МЕТА РОБОТИ

Мета роботи - навчитися використовувати поля бутів у структурах для роботи з бітовими константами, а також реалізовувати логічні структури на основі об’єднань.

2. ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

2.1. Поля бітів у структурах

Мови С/C++ допускають використання в структурах особливого типу полів - так званих полів бітів. Це група сусідніх (двійкових) розрядів (бітів), розташованих в області пам'яті змінної цілого типу. Використання даних полів уможливлює доступ до окремих бітів більших об'єктів, наприклад байтів або слів. Використання полів бітів доцільно в тому випадку, коли для зберігання інформації в структурі даних досить декількох бітів.

Загальний синтаксис опису бітового поля:

тип [ім'я]: ширина;

Розглянемо кожне поле опису.

Поле "тип"

В C++ для визначення вмісту бітового поля дозволено використовувати будь-який тип, який інтерпретується як цілий: char, short, іnt, long (з модифікаторами sіgned або unsіgned), перерахування. У полях типу sіgnedкрайній лівий біт є знаковим. Наприклад, при оголошенні поля типуsіgnedшириною в один біт (наприклад, sіgned а: 1;) воно буде здатне зберігати тільки -1 або 0, так як будь-яка ненульова величина буде сприйматися як (-1).

Поле "ім'я"

Посилання на бітове поле виконуються по імені, зазначеному в полі "ім'я". Якщо ім'я в даному полі не зазначено, то запитана кількість біт буде відведена, але доступ до них буде неможливий.

Дозволяється опис поля бітів без імені і з шириною рівною 0 - у цьому випадку наступне поле буде починатися із границі цілого (див. далі).

Поле "ширина"

Кожному полю виділяється точно стільки бітів, скільки зазначено в полі "ширина". Даний вираз повинен мати невід’ємне ціле значення. Це значення не може перевищувати числа розрядів, необхідного для подання значення типу, зазначеного в поле "тип".

Отже, оголошення структури, що містить поля бітів має такий вигляд:

structім'я_ структури

{ тип [ ім'я1 ] : ширина;

тип [ ім'я2 ] : ширина;

тип [ім'яN] : ширина;

};

Розглянемо приклади оголошення бітових полів. Оголошення шаблона:

struct bіtfldl

{ іnta:2;

unsіgnedb:3;

};

Оголошення шаблона й визначення змінних:

struct bіtfld2

{ sіgned a:l;

unsіgned b:2;

іnt :4;

іnt c:4;

:0;

unsіgned d:10;

} bfl, bf2;

2.1.1. Розміщення полів бітів у пам'яті

Поля бітів розташовуються в машинному слові справа наліво, тобто в напрямку від молодших розрядів до старшого в черговості їхнього оголошення. Якщо звернутися до загального оголошення структури з полями бітів описаному вище, то розміщення полів у пам'яті можна представити в такий спосіб:

Старші Розряди машинних слів Молодші

ім'яNім'я2 ім'я1

Якщо загальна ширина полів бітів у структурі не кратна восьми (тобто деякі бітові поля будуть не повністю займати байт), то відповідна кількість бітів даного байта буде вільною.

Наприклад:

struct EXAMPLE

{ unsіgned a:3;

іnt b:2;

};

Даний запис забезпечить наступне розміщення полів у пам'яті:

 Розряди байта 
7	6	5	4	3	2	1	0
Не використов.			b		a

Як згадувалося вище, бітове поле не може виходити за рамки оголошеного для нього типу, тому воно завжди впаковується або в місце, що залишилося в машинному слові від розміщення попереднього бітового поля, або, якщо попередній елемент структури не був бітовим полем або бітів у поточному осередку недостатньо, у наступний байт машинного слова.

Наприклад:

struct EXAMPLE

{ іnt a:7;

b:5;

unsіgned іnt c:10;

};

Очевидно, що бітові поля, оголошені в даному прикладі, не поміщаються в рамках одного машинного слова. У цьому випадку буде наступний розподіл пам'яті:

Машинне слово m+1		Машинне слово m
15 . . . 10	9 . . . 0	15 . . . 12	11 . . . 7	6 . . . 0
Нe використ.	с	Нe використ.	b	a
	10 бітів> 4 бітів

Для примусового вирівнювання поля бітів на границю цілого - необхідно перед вирівнюваним полем оголосити поле без імені з шириною, рівною нулю:

struct EXAMPLE

{ іnt а:3;

unsіgned іnt b:2;

іnt :0; // Наступне поле вирівняти на границю цілого!

іnt c:6;

};

У цьому випадку оголошені поля бітів можуть поміститися в одному машинному слові, але оголошення " int:0;" пропонує розмістити поле "c" на границі машинного слова, що слідує за тим, де розташовані поля "a" і "b".

Машинне слово m+1		Машинне слово m
15 ... 6	5 ... 0	15 ... 5	4	3	2	1	0
Нe використ.	c	Нe використ.	b		а
	6 бітів < 11 бітів

Кількість бітів буде відведено, але доступу до них не буде. Наприклад:

struct EXAMPLE { int a:2;

unsigned int b:2;

int :3;

int c:l;

};

Розряди байта
7	6	5	4	3	2		1	0
с	До цих бітів доступу немає			b		a