通过 operator[] 进行按位操作

Question

我正在编写一个简单的位集包装器来轻松高效地 set、clear 和 read 来自 8 位整数的位。我会通过 operator[] 执行这三个操作，但我被卡住了，老实说，我不确定在不损失性能的情况下是否可行（对我的目的来说非常重要）。

#include <stdint.h>
#include <iostream>

class BitMask {
private:
    uint8_t mask;
public:
    inline void set(int bit) { mask |= 1 << bit; } // deprecated
    inline void clear(int bit) { mask &= ~(1 << bit); } // deprecated
    inline int read(int bit) { return (mask >> bit) & 1; } // deprecated
    bool operator[](int bit) const { return (mask >> bit) & 1; } // new way to read
    ??? // new way to write
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const BitMask& bitmask) {
        for (int bit = 0; bit < 8; ++bit)
             os << ((bitmask.mask >> bit) & 1 ? "1" : "0");
        return os;
    }
};

int main() {
    BitMask bitmask1;
    bitmask1.set(3);
    bitmask1.clear(3);
    bitmask1.read(3);
    std::cout << bitmask1;

    BitMask bitmask2;
    bitmask2[3] = 1; // set
    bitmask2[3] = 0; // clear
    bitmask2[3]; // read
    std::cout << bitmask2;
}

有什么想法吗？

Answer 1

一种方法（唯一的方法？）是 return 来自您的 operator[] 的代理对象，它将为您的位保存索引，这样您将为您的代理对象分配新值将更改适当的 BitMask 位。例如，请看这里：Vector, proxy class and dot operator in C++

至于性能 - 这完全取决于编译器将如何优化您的代码，如果您的代理 class 只有内联方法，那么它应该很快。

下面是如何修复代码的示例：

#include <stdint.h>
#include <iostream>

class BitMask {
private:
  uint8_t mask;
public:
  inline void set(int bit) { mask |= 1 << bit; } // deprecated
  inline void clear(int bit) { mask &= ~(1 << bit); } // deprecated
  inline int read(int bit) const { return (mask >> bit) & 1; } // deprecated

  struct proxy_bit
  {
    BitMask& bitmask;
    int index;
    proxy_bit(BitMask& p_bitmask, int p_index) : bitmask(p_bitmask), index(p_index) {}
    proxy_bit& operator=(int rhs) {
      if (rhs)
        bitmask.set(index);
      else
        bitmask.clear(index);
      return *this;
    }
    operator int() {
      return bitmask.read(index);
    }
  };

  proxy_bit operator[](int bit) { return proxy_bit(*this, bit); } // new way to read
  int operator[](int bit) const { return read(bit); } // new way to read

  friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const BitMask& bitmask) {
    for (int bit = 0; bit < 8; ++bit)
      os << ((bitmask.mask >> bit) & 1 ? "1" : "0");
    return os;
  }
};

int main() {
  BitMask bitmask1;
  bitmask1.set(3);
  bitmask1.clear(3);
  bitmask1.read(3);
  std::cout << bitmask1 << std::endl;

  BitMask bitmask2;
  bitmask2[3] = 1; // set
  bitmask2[3] = 0; // clear
  bitmask2[3]; // read
  std::cout << bitmask2 << std::endl;

  const BitMask bitmask3;
  if (bitmask3[3]) {}
  //bitmask3[3] = 1; // compile error - OK!
}

通过 operator[] 进行按位操作

bitwise manipulation via operator[]

c++11

bit-manipulation

bitwise-operators