C中的位域掩码答案

【问题标题】：Bitfield masks in CC中的位域掩码
【发布时间】：2009-10-10 21:35:21
【问题描述】：

在 C 中是否有一种可移植的方式来在编译时找出位字段的掩码？

理想情况下，我希望能够像这样自动清除字段：

struct Reference {
    unsigned age : 3;
    unsigned marked : 1;
    unsigned references : 4;
};

struct Reference myRef;
__sync_and_and_fetch(&myRef, age, ~AGE_MASK);

否则我必须对结构进行锁定，这比我想要的要重。

【问题讨论】：

__sync_and_and_fetch 不适用于位域：“GCC 将允许长度为 1、2、4 或 8 字节的任何整数标量或指针类型。”

标签： c atomic bit-fields

【解决方案1】：

或者，如果你真的想要面具：

union Reference {
  unsigned asWord;
  struct {
    unsigned age : 3;
    unsigned marked : 1;
    unsigned references : 4;
  } asFields;
}

Reference agemask_ref;
agemask_ref.asFields = (typeof(agemask_ref.asFields)){0, -1, -1};
unsigned agemask = agemask_ref.asWord;

【讨论】：

请注意，typeof() 是 GCC 扩展，不能移植到其他编译器。
出于好奇，如果它是不可移植的，为什么会被接受？只是好奇。
T那整行是一个 gcc 扩展，因为它是一个构造函数表达式。但是用 3 个作业替换它是微不足道的，每个字段一个。
typeof() 如果您被允许/愿意使用 C++ 功能，则将进入 C++0x

【解决方案2】：

你可以这样做：

union Reference {
  unsigned asWord;
  struct {
    unsigned age : 3;
    unsigned marked : 1;
    unsigned references : 4;
  } asFields;
}

要以原子方式清除 myRef 的字段，请执行以下操作

union Reference myRef;

union Reference oldr = myRef;
union Reference newr = oldr;
newr.asFields.age = 0;
compare_and_swap(&myRef.asWord, oldr.asWord, newr.asWord);

(+ compare_and_swap 失败时要处理的未显示代码)

【讨论】：

【解决方案3】：

我不知道如何在编译时执行此操作，但在运行时应该很简单，将位域结构的实例与适当大小的 unsigned int 联合起来，并将所有字段设置为 0，除了您关心的应该设置为全 1 - unsigned int 的值就是您想要的位掩码。您可以在启动时为每个字段执行此操作，也许使用宏来避免一些重复的代码。可能还不够吗？

【讨论】：

+1 我可以想象这是可行的。字节顺序和位域可能存在毛茸茸的问题，但我可以想象这是安全的。但我不是标准专家。

【解决方案4】：

我认为这是不可能的——即使使用 offsetof() 可以用于字节偏移，但似乎不适用于位域。我会将这些字段重新声明为枚举/定义（0x01 0x02 等）并自己管理这些位，因此您可以获得原子更改。

【讨论】：

【解决方案5】：

是的，这是可以做到的。您需要捕获该值并执行操作。然后，如果内存仍包含旧值，则需要使用原子比较和交换（如 Windows 上的 InterlockedCompareExchange）来存储新值。如果有人修改了该值，则循环并重试。请注意，这是一种标准模式，用于对字大小的数据进行任何操作，但内在函数不可用。

下面的代码使用 int - 正如 Keith 指出的那样，您可以使用联合来获取结构的值作为 int。

int oldValue, newValue;
do
{
    oldValue = myRef;
    newValue = oldValue & ~AGE_MASK;
} while (InterlockedCompareExchange(&myRef, newValue, oldValue) != oldValue);

【讨论】：