Иногда, чтобы отслеживать состояние объектов, бывает удобно устанавливать для них флаги. (Например, с помощью флагов можно проверить, был ли объект инициализирован, вызывался ли для него определенный метод и пр., а также связать вывод предупреждающих сообщений с флагом объекта AlarmState.)

Для флагов можно использовать переменные типа Boolean, но если у вас много признаков и для вас важно экономить ресурсы компьютера, удобнее для установки флагов использовать отдельные биты значения в двоичном формате.

Каждый байт имеет восемь битов, поэтому четырехбайтовая переменная типа long может представлять 32 отдельных флага. Если значение бита равно 1, то говорят, что флаг установлен, а если О - то сброшен. Другими словами, чтобы установить флаг, нужно определенному биту переменной присвоить значение 1, а чтобы сбросить флаг - значение 0. Устанавливать и сбрасывать флаги можно, изменяя значения переменной типа long, но такой подход нерационален и может ввести в заблуждение.

Примечание

в приложении В содержится ценная дополнительная информация об операциях над двоичными и шестнадцатеричными числами.

В языке С++ предусмотрены побитовые операторы для работы с битами данных. Они схожи, но в то же время отличаются от логических операторов, поэтому многие начинающие программисты их путают. Побитовые операторы представлены в табл. 21.1.

ТаОдцца 21.1. ПоОишовыв аперашоры

Еимййл

AND (логическое И) OR (логическое ИЛИ) Исключающее ИЛИ Дополнение до единицы

Оператор И ANO

Для обозначения оператора побитового И (&) используется одиночный амперсант, а оператор логического И обозначается двумя амперсантами. При выполнении операции побитового И с двумя битами результат равен 1, если оба бита равны 1, и О, если хотя бы один бит (или оба сразу) равен 0.

Оператор ИЛИ [0R

Вторым побитовым оператором является ИЛИ (). И опять-таки для его обозначения используется одиночный символ вертикальной черты, в отличие от логического ИЛИ, обозначаемого двумя символами вертикальной черты. При вьшолнении операции побитового ИЛИ с двумя битами результат равен 1, если хотя бы один бит (шш оба сразу) равен 1.

Оператор исключающего ИЛИ 0R

Третий побитовый оператор - исключающее ИЛИ ( ). При выполнении операции исключающего ИЛИ с двумя битами результат равен 1, если эти два разряда различны.

Оператор дополнения до единицы

Оператор дополнения до единицы () сбрасывает каждый установленный бит и устанавливает каждый сброшенный бит в числе. Если текущее значение равно 1010 0011, то дополнение его до единицы будет иметь вид 0101 1100.

Установка Онтпв

Если вы хотите установить или сбросить конкретный флаг, следует использовать опа-рацию маскирования. Если в программе для установки флагов используется 4-байтовая переменная и нужно установить флаг, связанный с восьмым битом этой переменной, следует выполнить операцию побитового ИЛИ для этой переменной и числа 128. Почему 128? Потому что 128 - это 1000 0000 в двоичной системе счисления, таким образом, можно сказать, что число 128 определяет значение восьмого разряда. Независимо от текущего значения этого разряда в 4-байтовой переменной (установлен он или сброшен), при выполнении операции ИЛИ с числом 128 этот бит будет установлен, а все остальные биты сохранят прежние значения. Предположим, что текущее значение этой 4-байтовой переменной в даоичном формате равно 1010 0110 0010 0110. Применение к ней операции ИЛИ с числом 128 выглядит следующим образом;

9 8765 4321

1010 0110 0010 0110 8-й бит сброшен i 0000 0000 1000 0000 128

1010 0110 1010 0110 8-й бит установлен

Хочется обратить ваше внимание на некоторые вещи. Во-первых, как правило, биты считаются справа налево. Во-вторых, значение 128 содержит все нули, за исключением восьмого бита, т.е. того разряда, который вы хотите установить. В-третьих, в исходном числе 1010 0110 0010 ОНО операцией ИЛИ изменяется только восьмой бит. Если бы он в этом значении был установлен еще до выполнения операции ИЛИ, то значение вообще не изменилось бы.

СОрпс Онтпв

Если нужно сбросить восьмой бит, можно использовать побитовую операцию И с дополнением числа 128 до единицы. Дополнение числа 128 до - это называется такое число, которое получается, если взять в двоичном представлении число 128 (1000 0000), а затем установить в нем каждый сброшенный и сбросить каждый установленный бит (0111 1111). При выполнении побитовой операции И с этими числами исходное число не изменяется, за исключением восьмого разряда, который сбрасывается в нуль.

1010 ОНО 1010 оно 8-й бит установлен

& 1111 1111 0111 1111 128 (дополнение до единицы числа 128)

1010 оно 0010 оно 8-й бит сброшен

Чтобы до конца понять этот метод решения, сделайте самостоятельно все математические операции. Каждый раз, когда оба бита равны 1, запишите результат равным 1. Если какой-нибудь бит равен О, запишите в ответе 0. Сравните ответ с исходным числом. Оно должно остаться без изменений, за исключением восьмого бита, который в результате этой операции побитового И будет сброшен.

Инверсия OumoB

Наконец, если вы хотите инвертировать восьмой бит независимо от его предыду-шего состояния, используйте операцию исключаюшего ИЛИ для этого числа и числа 128. Итак:

1010 0110 1010 0110 число 0000 0000 1000 0000 128

1010 0110 0010 0110 8-й бит инвертирован 0000 0000 1000 0000 128

1010 0110 1010 0110 8-й бит инвертирован снова

Рекомендуется

Используйте маски и оператор ИЛИ для установки битов.

Используйте маски и оператор И для сброса битов.

Рекомендуется

Используйте маски и оператор исключающего ИЛИ для инвертирования битов.

Бнтивыв виля

При некоторых обстоятельствах, когда на счету каждый байт, экономия шести или восьми байтов в классе может иметь существенные последствия. Если в классе или структуре вместо набора логических переменных (типа Boolean) или переменных, которые могут иметь только очень небольшое число возможных значений, использовать битовые поля, можно сэкономить некоторый обьем памяти.

Среди стандартных типов данных С++ меньше всего памяти требуют переменные типа char: длина переменной составляет всего один байт. Часто для создания битовых полей используются переменные типа int, для которых требуется два или чаше четыре байта. В битовом поле, основанном на переменной типа char, можно хранить восемь двоичных значений, а в переменной типа long - 32 таких значения.

Так как же работают битовые поля? Им присваиваются имена и организуется доступ точно таким же способом, как к любому члену класса. Они всегда объявляются с использованием беззнакового типа int. После имени битового поля ставится двоеточие и число. Число указывает компилятору, сколько битов будет использовано для установки одного значения. Так, если записать число 1, то с помошью одного бита можно будет присваивать только значения О или 1. Если записать число 2, то с помощью двух битов можно будет представлять четыре значения: О, 1, 2 или 3. Поле из трех битов может представлять восемь значений и т.д. Обзор двоичных чисел приведен в приложении В. Использование битовых полей иллюстрируется в листинге 21.8.