手动位域与 std::bitset 的内存保护答案

【问题标题】：Memory Conservation with Manual Bit Fields vs. std::bitset手动位域与 std::bitset 的内存保护
【发布时间】：2018-05-25 18:06:48
【问题描述】：

我正在学习位标志和使用位运算符手动创建位字段。然后我遇到了位集，这似乎是一种更简单、更清洁的存储位字段的方法。我理解使用位字段的价值，以尽量减少内存使用。但是，在测试 sizeof(bitset) 之后，我很难理解这是一种更好的方法。

考虑：

#include <bitset>
#include <iostream>

int main ()
{

    // Using Bit Set, Size = 8 Bytes
    const unsigned int i1 = 0;
    const unsigned int i2 = 1;

    std::bitset<8> mySet(0);

    mySet.set(i1);
    mySet.set(i2);

    std::cout << sizeof(mySet) << std::endl;

    // Manually managing bit flags

    const unsigned char t1 = 1 << 0;
    const unsigned char t2 = 1 << 1;

    unsigned char bitField = 0;
    bitField |= t1 | t2;

    std::cout << sizeof(bitField) << std::endl;

    return 0;
}

输出是：

mySet 是 8 个字节。 bitField 为 1 个字节。

如果需要最少的内存使用，我应该不使用 std::bitset 吗？

【问题讨论】：

bitset 具有与unsigned long long 之间的转换，因此在内部存储该类型并非不合理。如果您需要bitset<1000>，该类型也更方便。如果您只需要一些位，无符号字符可能会更好。
Bo，您是说在处理大量要管理的位时，bitset 会得到回报吗？但是为了尽量减少内存使用，我应该坚持手动位移吗？
如果你使用很少的位并且最小的空间比现成的类的便利性更重要，那么可以。一些编译器可能会优化小bitset 的大小，但不是所有人。
@LoganWest -- 好吧，你真的不能指望一个有成员的类的大小是一个字节。

标签： c++ bit-fields std-bitset

【解决方案1】：

为了尽可能减少内存占用，您不应使用std::bitset。它可能需要比等效有效大小的普通内置类型（如char 或int）更多的内存。因此，它可能有内存开销，但具体多少取决于实现。

std::bitset 的一个主要优点是它使您摆脱了各种类型的依赖于硬件的实现。理论上，硬件可以对任何类型使用任何表示，只要它满足 C++ 标准中的某些要求。因此，当您在内存中依赖unsigned char t1 = 1 成为00000001 时，实际上并不能保证这一点。但是，如果您创建一个 bitset 并正确初始化它，它不会给您带来任何令人讨厌的惊喜。

关于位摆弄的旁注：考虑到以这种方式摆弄位的陷阱，您真的可以证明这种容易出错的方法而不是使用std::bitset 甚至像int 和bool 这样的类型吗？除非你的资源极度受限（例如 MCU / DSP 编程），否则我认为你不能。

玩比特的会被咬，玩字节的会被咬。

顺便说一句，您使用位运算符声明和操作的char bitField 是一个位域，但它不是 C++ 语言的位域概念，如下所示：

struct BitField{
    unsigned char flag1 : 1, flag2 : 1, flag3 : 1;
}

简单地说，它是一种数据结构，其数据成员被细分为单独的变量。在这种情况下，（大概）8 位的unsigned char 用于创建三个 1 位变量（flag1、flag2 和 flag3）。它被明确细分，但归根结底，这只是编译器/语言辅助的位摆弄，类似于您在上面所做的。你可以read more about bit fields here。

【讨论】：