为什么在c++中使用Bitwise操作

Why using Bitwise operations in c++

本文关键字：Bitwise 操作 c++ 为什么      更新时间：2023-10-16

我很难理解为什么在枚举中使用位操作然后在代码中。为什么不只使用数字或布尔值例如：

enum
{
    RS_BLEND = (1 << 0),
    RS_BLEND_FUNC = (1 << 1),
    RS_CULL_FACE = (1 << 2),
    RS_DEPTH_TEST = (1 << 3),
    RS_DEPTH_WRITE = (1 << 4),
    RS_DEPTH_FUNC = (1 << 5),
    RS_CULL_FACE_SIDE = (1 << 6),
//            RS_STENCIL_TEST = (1 << 7),
//            RS_STENCIL_WRITE = (1 << 8),
//            RS_STENCIL_FUNC = (1 << 9),
//            RS_STENCIL_OP = (1 << 10),
    RS_FRONT_FACE = (1 << 11),
    RS_ALL_ONES = 0xFFFFFFFF,
};

void RenderState::StateBlock::setCullFace(bool enabled)
{
    _cullFaceEnabled = enabled;
    if (!enabled)
    {
        _bits &= ~RS_CULL_FACE;
    }
    else
    {
        _bits |= RS_CULL_FACE;
    }
}

这不是关键或嵌入式软件。

使用位而不是布尔值的优点是可以直接操作值集。例如定义：

const int FILLED  = (1 << 0);
const int STROKED = (1 << 1);
const int SHADOW  = (1 << 2);
const int BLINK   = (1 << 3);

你可以有一个接受draw_mode参数的函数，并像一样调用它

draw_symbol(FILLED | SHADOW | BLINK, "X");

即直接传递值的子集。

使用容器而不是单个整数参数将需要更多的代码来写入和读取。这也会降低效率，但在某些情况下，这并不是最重要的一点。

这些枚举值是位字段中使用的标志（此处为_bits）。通过声明布尔值的结构可以获得类似的行为：

struct field {
    bool rs_blend;
    bool rs_blend_func;
    ...
};

然而，这样的结构每个条目至少需要一个字节，而且处理起来很困难，因此开发人员采用了不同的方法，将这些值编码为整数值的位。

任何值为1的整数都设置了"最右边"（最低有效位），因此1 << i的第i位恰好等于1，这意味着该枚举中的每个常数（RS_BLEND、RS_BLEND_FUNC）都编码一位。这实际上是一个相当常见的习惯用法，尤其是在C中，处理结构要详细得多。

通过使用逐位操作，可以在该位字段中一次设置或清除etc。例如，RS_BLEND | RS_BLEND_FUNC创建了一个位字段，该字段恰好设置了这两个标志。有关在此上下文中使用逐位操作的详细信息，请参阅此线程。

这很方便。

在示例代码中，显然（包括注释中的内容）至少有12个不同的设置，每个设置都是打开或关闭的，但也可以组合打开或关闭。

位篡改允许打开或关闭单独设置的组（包括一组），或者测试特定组是否打开或关闭，而不必大惊小怪。

数值和数值运算可以做到这一点，但并不方便。

例如，使用测试CULL_FACE和DEPTH_FACE设置中是否至少有一个处于打开状态更容易（也不容易出错）

 if (flags & (RS_CULL_FACE | RS_DEPTH_FACE))

而不是跟踪所有可能的数值，这两个设置中的一个可能为真，并针对每一个进行测试。

如果使用布尔值，则为1位，而不是8位。使用1/8的内存来表示完全相同的数据是一个相当惊人的节省（仅仅因为有人对按位操作感到不舒服而使用8倍的内存同样是令人难以置信的浪费），如果你在处理循环中频繁访问的热数据，这可能很重要（例如，我的i7上每个核心的L1缓存只有64KB，更不用说有限的寄存器了）。

此外，如果您在这里使用位，您可以测试用单个指令设置的两个或多个位。您还可以同时使用FFZ/FFS在64位中有效地找到空闲位或设置位。你可以很容易地一次反转64位，而不是循环通过64个布尔值，并且必须一次执行一个布尔值——这不仅对CPU来说效率非常高，而且对开发人员来说，当他只需要使用一个运算符时，编写所有代码的效率和生产效率也会降低。

好处还在继续。我实际上认为应该有更多的人使用比特操作，而不是更少。习惯用比特来思考需要一些时间，但并不需要太长时间。

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