Стивен Прата - Язык программирования C. Лекции и упражнения (6-е изд.) 2015

• Цвет фона выбирается из следующей палитры: черный, красный, зеленый, желтый, синий, пурпурный, голубой и белый.

• Рамка может быть скрыта или отображена.

• Цвет рамки выбирается из той же палитры, что и цвет фона.

• Для рамки применяются три стиля линии: сплошная, пунктирная и штриховая.

Для каждого свойства можно было бы использовать отдельную переменную или полноразмерный член структуры, но это привело бы к напрасному расходу битов. Например, для указания прозрачности или непрозрачности окна достаточно одного бита. То же самое можно сказать о свойстве отображения или сокрытия рамки. Восемь возможных значений цвета могут быть представлены 3-битовым элементом, а 2-битового элемента более чем достаточно для представления трех возможных стилей рамки. Таким образом, для представления всех пяти свойств достаточно 10 битов.

Один из вариантов представления информации предусматривает применение заполнителей, чтобы поместить связанную с фоном окна информацию в один байт, а связанную с рамкой — во второй. Это реализовано в следующем объявлении struct box_props:

struct box_props {

bool opaque : 1;

unsigned int fill_color : 3; unsigned int : 4;

bool show_border : 1;

unsigned int border_color : 3; unsigned int border_style : 2; unsigned int : 2;

};

В результате использования заполнителей размер структуры увеличивается до 16 битов. Без них было бы достаточно 10 битов. Однако имейте в виду, что в С для структур с битовыми полями в качестве базовой единицы размещения применяется тин unsigned int. Поэтому, даже если структура содержит единственный элемент, которым является однобитовое поле, структура будет иметь такой же размер, как у типа unsigned int, что в нашей системе составляет 32 бита. Кроме того, в этом коде предполагается, что тип _Bool из С99 доступен и в заголовочном файле stdbool.h ему назначен псевдоним bool.

Для члена opaque можно использовать значение 1 для указания непрозрачности окна и значение 0 — для прозрачности. То же самое применимо к члену show_border.

Манипулирование битами 645

Для цветов можно использовать простое представление RGB (красный, зеленый, синий). Это основные цвета для смешивания спектра. В мониторе для воспроизведения различных цветов применяется смешанное свечение красных, зеленых и синих пикселей. В ранних моделях мониторов каждый пиксель мог иметь только включенное или выключенное состояние, поэтому для представления интенсивности каждой из трех составляющих было достаточно одного бита. Обычно левый бит представлял интенсивность синего, средний — интенсивность зеленого, а правый — красного цвета В табл. 15.3 показаны восемь возможных комбинаций. Они могут служить значениями для членов f ill_color и border color. Наконец, значения 0, 1 и 2 могут представлять сплошной, пунктирный и штриховой тип линий, определяемый членом border style.

Таблица 15.3. Простое представление цветов

В листинге 15.3 структура box_props используется в простом примере. Директивы #define применяются для создания символических констант, представляющих возможные значения членов. Обратите внимание, что основные цвета представлены включением единственного бита. Остальные цвета могут представляться комбинациями основных цветов. Например, пурпурный цвет создается включением битов синего и красного цветов, поэтому его можно записать как комбинацию BLUE I RED.

Листинг 15.3. Программа fields.с

646 Глава 15

Вот вывод, полученный из программы:

Исходные настройки окна:

Окно непрозрачно.

Цвет фона желтый.

Рамка отображается.

Цвет рамки зеленый.

Стиль рамки штриховой.

Измененные настройки окна:

Окно прозрачно.

Цвет фона белый.

Рамка отображается.

Цвет рамки пурпурный.

Стиль рамки сплошной.

Манипулирование битами 647

Отметим несколько моментов. Прежде всего, структуру битовых полей можно инициализировать с использованием обычного для структур синтаксиса:

struct box_props box = {YES, YELLOW , YES, GREEN, DASHED};

Аналогично можно присваивать значения элементам битовых полей:

box. fill_color = WHITE;

Кроме того, член битового поля может служить выражением в операторе switch. Он даже может выступать в качестве индекса массива:

printf("Цвет фона %s.\n", colors[pb->fill_color]);

Обратите внимание, что массив colors был определен так, чтобы каждое значение индекса соответствовало строковому представлению названия цвета, имеющего значение индекса, которое совпадает с числовым значением цвета. Например, индекс 1 соответствует строке "красный" и константа RED имеет значение 1.

Битовые поля и побитовые операции

Битовые поля и побитовые операции — это два альтернативных подхода к решению задачи программирования одного и того же типа. Это значит, что часто можно применять любой из подходов. В предыдущем примере для хранения информации о графическом окне использовалась структура с размером, как у типа unsigned int. Ту же самую информацию можно было бы сохранить в переменной типа unsigned int. Затем вместо синтаксиса членства в структуре можно было бы применять побитовые операции. Обычно такая методика не очень удобна. Рассмотрим пример, в котором задействованы оба подхода. (Оба подхода здесь применяются для иллюстрации отличий между ними, а вовсе не из-за того, чтобы внушить мысль о целесообразности их одновременного использования!)

В качестве средства комбинирования подхода на основе структуры и подхода на базе побитовых операций можно воспользоваться объединением. Исходя из существующего объявления типа struct box_props, можно объявить следующее объединение:

union Views /* взгляд на данные как на struct или как на unsigned short */

{

struct box_props st_view; unsigned short us_view;

};

В некоторых системах переменная unsigned short и структура box_props занимают 16 битов в памяти. В других системах, таких как наша, unsigned short и box props занимают 32 бита. В любом случае это объединение позволяет применять член st view, чтобы трактовать отведенную память как структуру, или использовать член us_view, чтобы рассматривать тот же самый блок памяти как значение unsigned short. Какие битовые поля структуры соответствуют отдельным битам переменной типа unsigned short? Это зависит от реализации и оборудования. В следующем примере предполагается, что структуры загружены в память, начиная с младших битов и заканчивая старшими битами байта. Другими словами, первое битовое поле в структуре соответствует биту 0 слова. (Для простоты эта идея иллюстрируется на рис. 15.3 для 16-битового единицы.)