如何将 int 用作整数/布尔数组？答案

【问题标题】：How to use an int as an array of ints/bools?如何将 int 用作整数/布尔数组？
【发布时间】：2010-02-26 01:56:08
【问题描述】：

我在编写程序时注意到我的许多int 类型变量从未超过十。我认为因为int 最短为 2 个字节（如果算上char，则为 1），所以我应该能够在一个短整数中存储 4 个unsigned ints，最大值为 15，我知道我可以使用>> 和<< 单独访问每一个：

short unsigned int SLWD = 11434;
S is (SLWD >> 12), L is ((SLWD << 4) >> 12),
W is ((SLWD << 8) >> 12), and D is ((SLWD << 8) >> 12)

但是，我不知道如何将它包含在类函数中，因为任何类型的 GetVal() 函数都必须是 int 类型，这首先违背了隔离位的目的。

【问题讨论】：

您存储了多少个这些小整数？你确定你会看到以这种方式包装它们的好处吗？你知道他们怎么说过早优化。如果您这样做是为了好玩，可以，但我敢打赌，您不会看到可衡量的性能提升。
用您要询问的语言标记您的问题总是好的...
我同意@Michael Petrotta 的观点。在许多情况下，增加额外的 OR 和位移指令的代码更改会增加内存使用量，而不是减少一些位所节省的内存。

标签： c++ memory-management bitwise-operators integer

【解决方案1】：

首先，记住Rules of Optimization。但这在 C 或 C++ 中使用位域是可能的：

struct mystruct {
    unsigned int smallint1 : 3; /* 3 bits wide, values  0 -- 7 */
    signed int   smallint2 : 4; /* 4 bits wide, values -8 -- 7 */
    unsigned int boolean   : 1; /* 1 bit  wide, values  0 -- 1 */
};

值得注意的是，虽然您不需要太多存储空间而获得收益，但您会因为访问所有内容变得更加昂贵而失败，因为现在每次读取或写入都有一堆与之相关的位旋转机制。鉴于存储很便宜，它可能不值得。

编辑：您也可以使用vector<bool> 来存储 1 位布尔值；但要小心它，因为它不像普通的vector！特别是，它不提供迭代器。完全不同的是，可以公平地说 vector<bool> 实际上不是 vector。 Scott Meyers 在 'Effective STL' 中写得很清楚。

【讨论】：

我想它真正有用的唯一时间是如果我确实同时使用了数百个值。但很高兴知道我可以制作一个实际上只有 1 位的布尔值。 ^^
谈到 1 位布尔值让我想起了向量，请参阅编辑后的答案。
数百个值仍然只会为您节省数百或数千个字节......您需要谈论数万或数十万个实例才能开始变得很重要。（当然在很多情况下你确实有这么多实例......）
sizeof(mystruct) 在我的编译器上是 4。小心结构填充。
@Justicle：+1 好点。填充会杀死所有的储蓄。答案是将更多值打包到结构中，使其为 32 位或 64 位宽（取决于实现）。

【解决方案2】：

在 C 中，仅出于节省空间的目的，您可以使用 bitfields 将 unsigned short 重新解释为结构（或使用此类结构而不会弄乱重新解释）：

#include <stdio.h>

typedef struct bf_
{
   unsigned  x : 4;
   unsigned  y : 4;
   unsigned  z : 4;
   unsigned  w : 4;
} bf;


int main(void)
{
   unsigned short i = 5;
   bf *bitfields = (bf *) &i;

   bitfields->w = 12;
   printf("%d\n", bitfields->x);
   // etc..

   return 0;
}

【讨论】：

sizeof(bf) 在我的编译器上是 4。小心结构填充。
+1，和克里斯一样。这可能非常强大。要是有最喜欢的答案就好了……
Justicle：你是对的。最好选择与单词大小相同的结构（在我们的例子中是 32 位）。

【解决方案3】：

这是一种非常常见的技术。你通常分配一个更大的原始类型（例如，ints 或 longs）的数组，并有一些抽象来处理映射。如果您使用的是 OO 语言，通常最好实际定义某种 BitArray 或 SmartArray 或类似的东西，并实现一个获取索引的 getVal()。重要的是要确保隐藏内部表示的细节（例如，当你在平台之间移动时）。

话虽如此，大多数主流语言已经具备此功能。
如果您只想要位，WikiPedia 有一个很好的列表。如果您想要的不仅仅是位，您仍然可以找到一些东西，或者使用类似的接口自己实现它。看看Java BitSet 供参考

【讨论】：

“重要的是确保隐藏内部表示的细节（例如，当你在平台之间移动时）。”便携性可能不重要，访问速度可能更重要。