【C++特殊工具与技术】固有的不可移植的特性(1):位域

uint8_t reg = 0;
reg |= (1 << 7);        // 设置温度报警标志（最高位）
reg |= (3 << 5);        // 设置湿度校准位（第6-5位）
reg |= (5 << 2);        // 设置传感器类型（第4-2位）

struct SensorReg {
    unsigned int temp_alarm : 1;  // 温度报警标志（1位）
    unsigned int humidity_cal : 2; // 湿度校准位（2位）
    unsigned int sensor_type : 3;  // 传感器类型（3位）
    unsigned int reserved : 2;    // 保留位（2位）
};

SensorReg reg;
reg.temp_alarm = 1;    // 设置最高位
reg.humidity_cal = 3;  // 设置第6-5位为11（二进制）
reg.sensor_type = 5;   // 设置第4-2位为101（二进制）

struct MyStruct {
    类型说明符 成员名 : 位宽;
};

struct Flags {
    unsigned int a : 3;  // 占用前3位
    unsigned int b : 5;  // 接着占用接下来的5位（总8位，未超过32位存储单元）
    unsigned int c : 30; // 占用剩余24位？不，3+5+30=38>32，因此需要新存储单元
};

存储单元1（32位）：[a(3位)][b(5位)][填充(24位)]  
存储单元2（32位）：[c(30位)][填充(2位)]  

struct Reg {
    unsigned int valid : 1;    // 有效标志（1位）
    unsigned int : 3;          // 匿名位域，填充3位（不可访问）
    unsigned int data : 4;     // 数据位（4位）
};

struct BitOrder {
    unsigned int a : 2;  // 成员a占2位
    unsigned int b : 3;  // 成员b占3位
};

存储单元（32位）：[...][b(3位)][a(2位)]（低位→高位）  

存储单元（32位）：[...][a(2位)][b(3位)]（高位→低位）  

#include <iostream>
#include <bitset>

struct Test {
    unsigned int a : 2;  // 2位
    unsigned int b : 3;  // 3位
};

int main() {
    Test t;
    t.a = 0b10;  // 二进制10（十进制2）
    t.b = 0b111; // 二进制111（十进制7）
    // 将结构体强制转换为uint8_t（假设存储单元为8位）
    uint8_t* p = reinterpret_cast<uint8_t*>(&t);
    std::cout << "二进制值：" << std::bitset<8>(*p) << std::endl;
    return 0;
}

位顺序：[b(3位)][a(2位)][填充(3位)] → 0b0011110（假设填充3位0）  

位顺序：[a(2位)][b(3位)][填充(3位)] → 0b10111000  

struct CrossUnit {
    unsigned int a : 30;  // 30位（接近32位存储单元）
    unsigned int b : 5;   // 5位（30+5=35>32，需新存储单元）
};

存储单元1：[a(30位)][填充(2位)]（32位）  
存储单元2：[b(5位)][填充(27位)]（32位）  

存储单元1：[a(30位)][未使用(2位)]（32位）  
存储单元2：[未使用(27位)][b(5位)]（32位）  

struct SignedBit {
    signed int a : 3;  // 3位有符号位域
};

struct GPIO_CRL {
    unsigned int mode0 : 2;   // IO0模式（00=输入，01=输出）
    unsigned int cnf0 : 2;    // IO0配置（00=模拟输入）
    unsigned int mode1 : 2;   // IO1模式
    unsigned int cnf1 : 2;    // IO1配置
    // ... 重复到mode7和cnf7（共8个IO口）
};

// 使用时直接操作成员
GPIO_CRL* crl = reinterpret_cast<GPIO_CRL*>(0x40010800); // 寄存器地址
crl->mode0 = 0b01;  // 设置IO0为输出模式
crl->cnf0 = 0b00;   // 设置IO0为推挽输出

struct IP_Header {
    unsigned int version : 4;  // 版本号（4位）
    unsigned int ihl : 4;      // 首部长度（4位）
    // ... 其他字段（总长度、标识等）
};

// 从网络字节流中解析
uint8_t* packet = ...;  // 指向IP数据报头的指针
IP_Header* ip_hdr = reinterpret_cast<IP_Header*>(packet);
std::cout << "IP版本：" << ip_hdr->version << std::endl;  // 输出4（IPv4）

struct DeviceStatus {
    bool power_on : 1;    // 电源状态（1位）
    bool fault : 1;       // 故障标志（1位）
    bool sensor1_ok : 1;  // 传感器1正常（1位）
    bool sensor2_ok : 1;  // 传感器2正常（1位）
    bool : 4;             // 匿名位域，填充剩余4位
};

// 替代位域的显式位操作
struct SensorReg {
    uint8_t value;  // 实际存储的字节

    // 温度报警标志（第7位）
    bool temp_alarm() const { return (value >> 7) & 1; }
    void set_temp_alarm(bool v) { value = (value & ~(1 << 7)) | (v << 7); }

    // 湿度校准位（第6-5位）
    uint8_t humidity_cal() const { return (value >> 5) & 3; }
    void set_humidity_cal(uint8_t v) { value = (value & ~(3 << 5)) | ((v & 3) << 5); }
};

#include <bitset>

struct SensorReg {
    std::bitset<8> bits;  // 8位

    // 温度报警标志（第7位）
    bool temp_alarm() const { return bits[7]; }
    void set_temp_alarm(bool v) { bits[7] = v; }

    // 湿度校准位（第6-5位）
    uint8_t humidity_cal() const { return (bits[6] << 1) | bits[5]; }
    void set_humidity_cal(uint8_t v) {
        bits[6] = (v >> 1) & 1;
        bits[5] = v & 1;
    }
};

#if defined(__GNUC__)  // GCC编译（如ARM平台）
struct Reg {
    unsigned int a : 2;  // 低位优先
    unsigned int b : 3;
};
#elif defined(_MSC_VER)  // MSVC编译（如Windows）
struct Reg {
    unsigned int b : 3;  // 高位优先（调整成员顺序）
    unsigned int a : 2;
};
#endif