位字段操作中的运算符[] 重载?

operator[] overload in bit-field manipulation?

本文关键字：重载 运算符 字段 操作      更新时间：2023-10-16

我正在一个类似arduino的平台(非常有限的RAM)上工作，我需要使用位字段。我需要修改字节中的特定位，如下所示：

OneByte myByte = 0b11101111;
myByte[5] = 1;

为此，我写了以下内容：

typedef struct {
uint8_t bit0:1;
uint8_t bit1:1;
uint8_t bit2:1;
uint8_t bit3:1;
uint8_t bit4:1;
uint8_t bit5:1;
uint8_t bit6:1;
uint8_t bit7:1;
} BitByte;
typedef union {
BitByte asBits;
uint8_t asByte;
} BitField;
class OneByte
{
public:
OneByte();      // default constructor
~OneByte();     // delete
// Assignment operator
uint8_t& operator[] (const uint8_t pos  );
uint8_t  operator[] (const uint8_t pos  ) const;
private:
BitField oneByte;
};

在我放的.cpp

// I know a switch case is horrible, but don't want to think too much
// pos shoud always be between 0 and 7
uint8_t& OneByte::operator[] (const uint8_t pos  )  
{
if (pos < ByteSize)
{
switch (pos)
{
case 0:
return oneByte.asBits.bit0;
break;
case 1:
return oneByte.asBits.bit1;
break;
case 2:
return oneByte.asBits.bit2;
break;
case 3:
return oneByte.asBits.bit3;
break;
case 4:
return oneByte.asBits.bit4;
break;
case 5:
return oneByte.asBits.bit5;
break;
case 6:
return oneByte.asBits.bit6;
break;
case 7:
return oneByte.asBits.bit7;
break;
}
}
// If goes here, do some error handling
}

uint8_t operator[] (const uint8_t pos ) const;工作正常，但问题出在

uint8_t& operator[] (const uint8_t pos  );

编译失败并显示错误：

error: cannot bind bitfield ‘((OneByte*)this)->OneByte::oneByte.BitField::asBits.BitByte::bit0’ to ‘uint8_t& {aka unsigned char&}’

在这种情况下，我真的不知道该怎么办...也许做另一个类来包装这个类，这样我就不会使用operator[]重载？

如前所述，您不能将位字段绑定到非常量引用。由于您使用std::bitset定位Arduino可能不是一个可行的选择，具体取决于您需要对功能或访问数据进行多少控制。

不过，有几件事我想注意。首先，我不建议为此使用C++位字段。如果您需要对这些位的命名访问权限，它们很好，但在这种情况下，我认为有更可维护的方法来完成您想要的。其次，从索引运算符返回uint8_t或对 1 的引用似乎很愚蠢，特别是因为您实际上是在使用布尔值。

由于您正在使用单个位，因此需要使用代理对象来设置和检索单个位，而不会影响位字段中的所有值。通过为bool类型提供转换运算符和赋值运算符，可以提供对位值的无缝访问。像下面这样的东西应该适合你。

#include <iostream>
#include <cstdint>
#include <string>
class Bits
{
typedef std::uint8_t value_type;
value_type   bits;
struct Twiddler
{
Twiddler(value_type& value, size_t bitIndex)
: value(value), mask(1 << bitIndex)
{}
Twiddler& operator=(const Twiddler&) = delete;
Twiddler& operator=(bool bit)
{
value = value & ~mask | static_cast<value_type>(bit ? mask : 0);
return *this;
}
operator bool() { return (value & mask) != 0; }
private:
value_type& value;
value_type mask;
};
struct ConstTwiddler
{
ConstTwiddler(const value_type& value, size_t bitIndex)
: value(value), mask(1 << bitIndex)
{}
ConstTwiddler& operator=(const ConstTwiddler&) = delete;
operator bool() { return (value & mask) != 0; }
private:
const value_type& value;
value_type mask;
};
public:
Bits() : bits() {}
Bits(value_type bits) : bits(bits) {}
size_t size() const { return sizeof(bits) * 8; }
Twiddler operator[](size_t index)
{
if (index >= size())
{
throw std::out_of_range("Invalid bit index");
}
return Twiddler(bits, index);
}
const ConstTwiddler operator[](size_t index) const
{
if (index >= size())
{
throw std::out_of_range("Invalid bit index");
}
return ConstTwiddler(bits, index);
}
};

来自 [class.bit]：

非常量引用不应绑定到 位域 (8.5.3)。

因此，您根本无法将uint8_t&绑定到任何位。您应该考虑改用std::bitset，它通过使用代理对象 (std::bitset::reference) 来解决此问题。

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