手动位字段的内存节省与 std::bitset

Question

我正在学习位标志和使用位运算符手动创建位域。然后我遇到了位集，这似乎是一种更简单、更清晰的存储位域的方法。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;
}

输出为：

mySet 是 8 个字节。 bitField 是 1 个字节。

如果需要最少的内存使用，我是否应该不使用 std::bitset？

Answer 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 char 或 int 等有效大小的普通内置类型更多的内存。因此，它可能有内存开销，但多少取决于实现。

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，硬件可以使用任何类型的任何表示，只要它满足 C++ 标准中的某些要求即可。因此，当您依赖 unsigned char t1 = 1 在内存中成为 00000001 时，实际上并不能保证这一点。但是如果你创建一个 bitset 并正确地初始化它，它不会给你任何令人讨厌的惊喜。

关于 bitfiddling 的旁注：考虑到以这种方式摆弄位的陷阱，你真的可以证明这种容易出错的方法而不是使用 std::bitset 甚至类型 int 和 bool?除非你的资源非常有限（例如 MCU / DSP 编程），否则我认为你做不到。

Those who play with bits will be bitten, and those who play with bytes will be bytten.

顺便说一句，你使用位运算符声明和操作的char bitField是一个位域，但它不是位域的C++语言概念，它看起来像这样：

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

笼统地说，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 compiler-/language-assisted 与您上面所做的类似的小摆弄。你可以 read more about bit fields here.

手动位字段的内存节省与 std::bitset

Memory Conservation with Manual Bit Fields vs. std::bitset

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