c++ - 位压缩结构

coder 2024-02-23 原文

我目前正在做一个项目，我需要在 vector 中存储相当多(约数十亿个单位)的结构。我还需要以线性方式迭代该 vector ，因此我需要处理的数据越少越好。

于是自然而然的开始优化单体结构的尺寸。例如，如果我有多个 bool 值，我可以将 true/false 值存储在一个位中，并将所有 bool 值压缩到一个 char/16 位中，无论大小是否足够。对于某些条目，我只需要 20 位无符号整数。因此我可以再次压缩这些值。

然后我得到这样的结果(请注意，这只是简化的示例):

class Foo {
private:
    uint32_t m_time;
    uint32_t m_comb;

public:
    Foo(uint32_t t, uint32_t big, uint16_t small, bool is_blue, bool is_nice)
        : m_time(t), m_comb((big << 12) | (small << 2) | (is_blue << 1) | is_nice)
    { }

    uint32_t get_time()  const { return m_time; }
    uint32_t get_big()   const { return m_comb >> 12; }
    uint16_t get_small() const { return m_comb & 0b11111111100; }
    uint16_t is_blue()   const { return m_comb & 0b10; }
    uint16_t is_nice()   const { return m_comb & 0b1; }
};

问题是，这是否可以使用模板以某种方式自动化？我的想法是，我将插入条目的顺序、所需的位大小，然后我将能够调用 get<i>()这将返回结构的第 i 个条目。我的动机是摆脱手动编写代码，因为在我看来，挠痒痒的部分很容易出错。我试图自己实现这一点，但无可救药地失败了。

最佳答案

您可以使用 bit fields 轻松实现这一点.

class Foo {
private:
    uint32_t m_time;
    uint32_t m_big : 20;
    uint32_t m_small : 10;
    uint32_t m_isblue : 1;
    uint32_t m_isnice : 1;
public:
    Foo(uint32_t t, uint32_t big, uint16_t small, bool is_blue, bool is_nice)
        : m_time(t), m_big(big), m_small(small), m_isblue(is_blue), m_isnice(is_nice)
    { }

    uint32_t get_time()  const { return m_time; }
    uint32_t get_big()   const { return m_big; }
    uint16_t get_small() const { return m_small; }
    uint16_t is_blue()   const { return m_isblue; }
    uint16_t is_nice()   const { return m_isnice; }
};

Online demo显示大小。

编辑:附加信息

总结评论，编译器将位字段打包在一起的方式取决于实现:

9.6/1 (...) Allocation of bit-fields within a class object is implementation-defined. Alignment of bit-fields is implementation-defined. Bit-fields are packed into some addressable allocation unit. [Note: Bit-fields straddle allocation units on some machines and not on others. Bit-fields are assigned right-to-left on some machines, left-to-right on others. —end note ]

因此您无法保证，但编译器通常会尽力将它们放在一起。根据经验，只要您的位字段是连续的并且它们的总位数小于您使用的基本类型，那么打包很可能是最佳的。如果需要，您可以微调基本类型，如 this online demo显示。

关于c++ - 位压缩结构，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/37067810/

amp 43 uint return const c++performance bit-manipulation bit-fields

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