Опубликован: 05.07.2006 | Доступ: свободный | Студентов: 4627 / 878 | Оценка: 4.12 / 3.74 | Длительность: 18:59:00
Лекция 7:

Структуры

6.7. Поля

Когда вопрос экономии памяти становится очень существенным, то может оказаться необходимым помещать в одно машинное слово несколько различных объектов; одно из особенно распространенных употреблений - набор однобитовых признаков в применениях, подобных символьным таблицам компилятора. Внешне обусловленные форматы данных, такие как интерфейсы аппаратных средств также зачастую предполагают возможность получения слова по частям.

Представьте себе фрагмент компилятора, который работает с символьной таблицей. С каждым идентификатором программы связана определенная информация, например, является он или нет ключевым словом, является ли он или нет внешним и/или статическим и т.д. Самый компактный способ закодировать такую информацию - поместить набор однобитовых признаков в отдельную переменную типа char или int.

Обычный способ, которым это делается, состоит в определении набора "масок", отвечающих соответствующим битовым позициям, как в

#define keyword 01 
#define external 02 
#define static 04

(числа должны быть степенями двойки). Тогда обработка битов сведется к "жонглированию битами" с помощью операций сдвига, маскирования и дополнения, описанных нами в "лекции №2" .

Некоторые часто встречающиеся идиомы:

flags |= external | static;

включает биты external и static в flags, в то время как

flags &= ~(еxternal | static);

их выключает, а

if ((flags & (external | static)) == 0) ...

истинно, если оба бита выключены.

Хотя этими идиомами легко овладеть, язык "C" в качестве альтернативы предлагает возможность определения и обработки полей внутри слова непосредственно, а не посредством побитовых логических операций. Поле - это набор смежных битов внутри одной переменной типа int. Синтаксис определения и обработки полей основывается на структурах. Например, символьную таблицу конструкций #define, приведенную выше, можно бы было заменить определением трех полей:

struct { 
unsigned is_keyword : 1; 
unsigned is_extern : 1; 
unsigned is_static : 1; 
} flags;

Здесь определяется переменная с именем flags, которая содержит три 1-битовых поля. Следующее за двоеточием число задает ширину поля в битах. Поля описаны как unsigned, чтобы подчеркнуть, что они действительно будут величинами без знака.

На отдельные поля можно ссылаться, как flags.is_static, flags.is_extern, flags.is_keyword И т.д., то есть точно так же, как на другие члены структуры. Поля ведут себя подобно небольшим целым без знака и могут участвовать в арифметических выражениях точно так же, как и другие целые. Таким образом, предыдущие примеры более естественно переписать так:

flags.is_extern = flags.is_static = 1;

для включения битов;

flags.is_extern = flags.is_static = 0;

для выключения битов;

if (flags.is_extern == 0 && flags.is_static == 0)...

для их проверки.

Поле не может перекрывать границу int ; если указанная ширина такова, что это должно случиться, то поле выравнивается по границе следующего int. Полям можно не присваивать имена; неименованные поля (только двоеточие и ширина) используются для заполнения свободного места. Чтобы вынудить выравнивание на границу следующего int, можно использовать специальную ширину 0.

При работе с полями имеется ряд моментов, на которые следует обратить внимание. По-видимому наиболее существенным является то, что отражая природу различных аппаратных средств, распределение полей на некоторых машинах осуществляется слева направо, а на некоторых справа налево. Это означает, что хотя поля очень полезны для работы с внутренне определеными структурами данных, при разделении внешне определяемых данных следует тщательно рассматривать вопрос о том, какой конец поступает первым.

Другие ограничения, которые следует иметь в виду: поля не имеют знака; они могут храниться только в переменных типа int (или, что эквивалентно, типа unsigned ); они не являются массивами ; они не имеют адресов, так что к ним не применима операция &.