Работая над своими уроками, я начал экспериментировать с некоторыми проектными решениями, которые я мог бы включить в свой существующий Register класс.Я думал о объединении соответствующих std::uint8_t, std::uint16_t, std::uint32_t и или std::uint64_t во вложенную безымянную структуру данных struct - union с std::bitset<value> в моем шаблонном классе в зависимости от типа шаблона класса при создании экземпляра, гдеvalue - это размер битов этого типа.
Вот произвольный класс, над которым я работал, чтобы включить дизайн структуры данных.Он использует те же файлы заголовков, которые использует мой класс Register, которые можно найти ниже.
template<typename T>
struct MyRegT {
union {
struct {
T value : (sizeof(T) * CHAR_BIT);
};
std::bitset<sizeof(T) * CHAR_BIT> bits;
} reg;
explicit MyRegT(T value) : reg{ value } {}
};
Оба класса компилируются и сообщают об одинаковых ожидаемых значениях.Единственное различие между ними состоит в том, что вышеприведенный класс использует меньше внутренней памяти из-за объединения, в котором может быть хорошая вещь.
Однако при использовании union и битовых полей нужно быть осторожным из-за множества различных факторов, таких как порядковый номер архитектуры, сама операционная система, компилятор в том, как он дополняет память в структурах.
В этом конкретном случае, каковы были бы последствия, если бы я включил это;Будет ли это проблемой с переносимостью, безопасностью потоков или поддержкой потоков, поддерживает ли она читабельность и т. д.?
Это всего лишь проблемы, с которыми я сталкиваюсь, прежде чем изменить свой существующий класс.Я уже упоминал о преимуществах повторного использования той же памяти, и в этом контексте я считаю, что все должно быть в порядке, как в конкретном случае использования:
MyRegT<std::uint8_t> r8{32};
Здесь объединение будет между std::uint8_t и std::bitset<8> и значение будет содержать 32, тогда как bitset сможет предоставить пользователю string текущих хранимых битов или двоичное представление значения 32, сохраненного как std::uint8_t, а также любое другоеиз других функций, которые std::bitset может предложить.Любые изменения в одном должны отражаться в другом.Так как они являются взаимно одной и той же сущностью, это просто разные представления об этом.
Если бы я использовал что-то в этих строках, было бы лучше иметь std::bitset<...> внутри безымянной структуры и std::uintN_t, где N - это размер в битах вне структуры?
Я хотел бы знать, есть ли другие недостающие плюсы и все минусы в этом подходе, прежде чем я решу внести какие-либо серьезные изменения в мою уже существующую кодовую базу.
Вотмой полный существующий класс Register со всеми его текущими функциональными возможностями для полной справки.
Register.h
#pragma once
#include <algorithm>
#include <bitset>
#include <cassert>
#include <climits>
#include <cstdint>
#include <exception>
#include <iterator>
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <limits>
#include <type_traits>
namespace vpc {
using u8 = std::uint8_t;
using u16 = std::uint16_t;
using u32 = std::uint32_t;
using u64 = std::uint64_t;
template<typename T>
struct Register;
using Reg8 = Register<u8>;
using Reg16 = Register<u16>;
using Reg32 = Register<u32>;
using Reg64 = Register<u64>;
template<typename T>
struct Register {
T value;
std::bitset<sizeof(T)* CHAR_BIT> bits;
Register() : value{ 0 }, /*previous_value{ 0 },*/ bits{ 0 } {}
template<typename U, std::enable_if_t<(sizeof(U) > sizeof(T))>* = nullptr>
explicit Register(const U val, const u8 idx = 0) :
value{ static_cast<T>((val >> std::size(bits) * idx) &
std::numeric_limits<std::make_unsigned_t<T>>::max()) },
bits{ value }
{
constexpr u16 sizeT = sizeof(T);
constexpr u16 sizeU = sizeof(U);
assert((idx >= 0) && (idx <= ((sizeU / sizeT) - 1)) );
}
template<typename U, std::enable_if_t<(sizeof(U) < sizeof(T))>* = nullptr>
explicit Register(const U val, const u8 idx = 0) :
value{ static_cast<T>((static_cast<T>(val) << sizeof(U)*CHAR_BIT*idx) &
std::numeric_limits<std::make_unsigned_t<T>>::max()) },
bits{ value }
{
constexpr u16 sizeT = sizeof(T);
constexpr u16 sizeU = sizeof(U);
assert((idx >= 0) && (idx <= ((sizeT / sizeU) - 1)) );
}
template<typename U, std::enable_if_t<(sizeof(U) == sizeof(T))>* = nullptr>
explicit Register(const U val, const u8 idx = 0) :
value{ static_cast<T>( val ) }, bits{ value }
{}
template<typename... Args>
Register(Args... args) {}
template<typename U>
Register(const Register<U>& reg, const u8 idx = 0) : Register(reg.value, idx) {}
void changeEndian() {
T tmp = value;
char* const p = reinterpret_cast<char*>(&tmp);
for (size_t i = 0; i < sizeof(T) / 2; ++i)
std::swap(p[i], p[sizeof(T) - i - 1]);
bits = tmp;
}
Register& operator=(const Register& obj) {
this->value = obj.value;
//this->previous_value = obj.previous_value;
this->bits = obj.bits;
return *this;
}
template<typename Lhs, typename Rhs>
friend auto operator+(const Register<Lhs>& l, const Register<Rhs>& r);
template<typename Lhs, typename Rhs>
friend auto operator-(const Register<Lhs>& l, const Register<Rhs>& r);
template<typename Lhs, typename Rhs>
friend auto operator*(const Register<Lhs>& l, const Register<Rhs>& r);
template<typename Lhs, typename Rhs>
friend auto operator/(const Register<Lhs>& l, const Register<Rhs>& r);
template<typename Lhs, typename Rhs>
friend auto operator%(const Register<Lhs>& l, const Register<Rhs>& r);
template<typename Lhs, typename Rhs>
friend auto operator&(const Register<Lhs>& l, const Register<Rhs>& r);
template<typename Lhs, typename Rhs>
friend auto operator|(const Register<Lhs>& l, const Register<Rhs>& r);
template<typename Lhs, typename Rhs>
friend auto operator^(const Register<Lhs>& l, const Register<Rhs>& r);
template<typename Reg>
friend auto operator~(const Register<Reg>& l);
};
template<typename Lhs, typename Rhs>
auto operator+(const Register<Lhs>& l, const Register<Rhs>& r) {
return Register<decltype(l.value + r.value)>{ l.value + r.value };
}
template<typename Lhs, typename Rhs>
auto operator-(const Register<Lhs>& l, const Register<Rhs>& r) {
return Register<decltype(l.value - r.value)>{ l.value - r.value };
}
template<typename Lhs, typename Rhs>
auto operator*(const Register<Lhs>& l, const Register<Rhs>& r) {
return Register<decltype(l.value * r.value)>{ l.value * r.value };
}
template<typename Lhs, typename Rhs>
auto operator/(const Register<Lhs>& l, const Register<Rhs>& r) {
if (r.value == 0)
throw std::exception( "Division by 0\n" );
return Register<decltype(l.value / r.value)>{ l.value / r.value };
}
template<typename Lhs, typename Rhs>
auto operator%(const Register<Lhs>& l, const Register<Rhs>& r) {
return Register<decltype(l.value % r.value)>{ l.value % r.value };
}
template<typename Lhs, typename Rhs>
auto operator&(const Register<Lhs>& l, const Register<Rhs>& r) {
return Register<decltype(l.value & r.value)>{ l.value & r.value};
}
template<typename Lhs, typename Rhs>
auto operator|(const Register<Lhs>& l, const Register<Rhs>& r) {
return Register<decltype(l.value | r.value)>{ l.value | r.value};
}
template<typename Lhs, typename Rhs>
auto operator^(const Register<Lhs>& l, const Register<Rhs>& r) {
return Register<decltype(l.value ^ r.value)>{ l.value ^ r.value };
}
template<typename Reg>
auto operator~(const Register<Reg>& r) {
return Register<decltype(~r.value)>{~r.value};
}
template<typename T>
std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Register<T>& r) {
return os << "Reg" << std::size(r.bits) << '(' << +r.value << ")"
<< "\nhex: 0x" << std::uppercase << std::setfill('0') << std::setw(sizeof(T) * 2) << std::hex
<< +r.bits.to_ullong() << std::dec << "\nbin: "
<< r.bits << "\n\n";
}
template<typename T>
T changeEndian(T in) {
char* const p = reinterpret_cast<char*>(&in);
for (size_t i = 0; i < sizeof(T) / 2; ++i)
std::swap(p[i], p[sizeof(T) - i - 1]);
return in;
}
template<typename T>
Register<T> reverseBitOrder(Register<T>& reg, bool copy = false) {
static constexpr u16 BitCount = sizeof(T) * CHAR_BIT;
auto str = reg.bits.to_string();
std::reverse(str.begin(), str.end());
if (copy) { // return a copy
Register<T> cpy;
cpy.bits = std::bitset<BitCount>(str);
cpy.value = static_cast<T>(cpy.bits.to_ullong());
return cpy;
}
else {
reg.bits = std::bitset<BitCount>(str);
//reg.previous_value = reg.value;
reg.value = static_cast<T>(reg.bits.to_ullong());
return {};
}
}
} // namespace vpc