有没有办法通过联合访问各个位？

Question

我正在写一个C程序。我想要一个可以作为字符访问的变量，但我也可以访问其特定位。我想我可以使用这样的联合......

typedef union 
{
    unsigned char status;
    bit bits[8];
}DeviceStatus;

但编译器不喜欢这样。显然你不能在结构中使用位。 那么我能做什么呢？

Answer 1

当然可以，但您实际上想使用一个结构来定义这样的位

typedef union
{
  struct
  {
    unsigned char bit1 : 1;
    unsigned char bit2 : 1;
    unsigned char bit3 : 1;
    unsigned char bit4 : 1;
    unsigned char bit5 : 1;
    unsigned char bit6 : 1;
    unsigned char bit7 : 1;
    unsigned char bit8 : 1;
  }u;
  unsigned char status;
}DeviceStatus;

然后您可以访问DeviceStatus ds;您可以访问ds.u.bit1。此外，某些编译器实际上允许您在联合中拥有匿名结构，这样如果您从 typedef 中省略 u，则可以直接访问 ds.bit1。

Answer 2

你有几种可能性。一种是仅使用布尔数学来获取位：

int bit0 = 1;
int bit1 = 2;
int bit2 = 4;
int bit3 = 8;
int bit4 = 16;
int bit5 = 32;
int bit6 = 64;
int bit7 = 128;

if (status & bit1)
    // whatever...

另一种是使用位域：

struct bits { 
   unsigned bit0 : 1;
   unsigned bit1 : 1;
   unsigned bit2 : 1;
// ...
};

typedef union {
    unsigned char status;
    struct bits bits;
} status_byte;

some_status_byte.status = whatever;
if (status_byte.bits.bit2)
    // whatever...

第一种（至少可以说）更便携，但是当您处理状态位时，很可能代码甚至不是无论如何，稍微便携一点，所以你可能不太关心这一点......

Answer 3

typedef union
{
  unsigned char status;
  struct bitFields
  {
    _Bool bit0 : 1;
    _Bool bit1 : 1;
    _Bool bit2 : 1;
    _Bool bit3 : 1;
    _Bool bit4 : 1;
    _Bool bit5 : 1;
    _Bool bit6 : 1;
    _Bool bit7 : 1;
  } bits;
}DeviceStatus;

Answer 4

正如已经说过的，你不能在 C 中寻址小于字节的内存。我会写一个宏：

#define BIT(n) (1 << n)

并用它来访问位。这样，无论您访问的结构的大小如何，您的访问都是相同的。您可以将代码编写为：

if (status & BIT(1)) {
   // Do something if bit 1 is set
} elseif (~status | BIT(2) {
   // Do something else if bit 2 is cleared
} else  {
   // Set bits 1 and 2
   status |= BIT(1) | BIT(2)
   // Clear bits 0 and 4
   status &= ~(BIT(0) | BIT(4))
   // Toggle bit 5 
   status ^= BIT(5)
}

这使您可以接近您建议的系统，该系统将使用 [] 而不是 ()。

Answer 5

C 中可寻址的最小单元始终是字节（在 C 中称为 char）。您无法直接访问位。访问位的最接近的方法是定义一个名为 bitpointer 的数据类型，并为其定义一些函数或宏：

#include <stdbool.h>

typedef struct bitpointer {
    unsigned char *pb; /* pointer to the byte */
    unsigned int bit; /* bit number inside the byte */
} bitpointer;

static inline bool bitpointer_isset(const bitpointer *bp) {
    return (bp->pb & (1 << bp->bit)) != 0;
}

static inline void bitpointer_set(const bitpointer *bp, bool value) {
    unsigned char shifted = (value ? 1 : 0) << bp->bit;
    unsigned char cleared = *bp->pb &~ (1 << bp->bit);
    *(bp->pb) = cleared | shifted;
}

我建议不要使用联合，因为它是由实现定义的它们是否填充为 msb-to-lsb 或 lsb-to-msb（请参阅 ISO C99, 6.7.2.1p10）。

Answer 6

您可以通过将这些位放入联合内的结构中来完成此操作，但它可能会也可能不会起作用，具体取决于您的实现。语言定义没有指定单独的位以什么顺序与unsigned char的位匹配；更糟糕的是，它甚至不能保证这些位将与 unsigned char 重叠（编译器可能决定将单独的位放置在单词的最重要一侧，而 unsigned char< /code> 朝向最不重要的一侧，反之亦然）。

在您的情况下，常用的技术是使用按位运算。定义以位的含义命名的常量，例如，

#define FLAG_BUSY 0x01
#define FLAG_DATA_AVAILABLE 0x02
#define FLAG_TRANSMISSION_IN_PROGRESS 0x04
...
#define FLAG_ERROR 0x80

然后读取和写入各个位：

if (status & FLAG_BUSY) ... /* test if the device is busy */
status &= ~FLAG_ERROR; /* turn off error flag */
status |= FLAG_TRANSMISSION_IN_PROGRESS /* turn on transmission-in-progress flag */