Стивен Прата - Язык программирования C. Лекции и упражнения (6-е изд.) 2015

Включение заголовочного файла stdalign.h позволяет применять псевдонимы alignas и alignof для _Alignas и _Alignof. Они соответствуют ключевым словам в C++. В C11 также появилась возможность выравнивания для выделенной памяти за счет добавления в библиотеку stdlib.h новой функции распределения памяти со следующим прототипом:

void *aligned_alloc(size_t alignment, size_t size);

В первом параметре указывается требуемое выравнивание, а во втором — количество необходимых байтов, которое должно быть кратным значению первого параметра. Как и в случае других функций распределения памяти, по завершении работы с выделенной памятью используйте функцию free(), чтобы ее освободить.

Ключевые понятия

Одной из особенностей, которая отличает С от большинства языков высокого уровня, является возможность доступа к отдельным битам целого числа. Это часто играет ключевую роль при взаимодействии с аппаратными устройствами и операционными системами.

Язык С обладает двумя основными средствами для работы с битами. Первое — это семейство побитовых операций, а второе — создание битовых полей в структуре.

В С11 добавлена возможность контроля требования к выравниванию памяти и запрашивания более строгих таких требований.

Обычно, хотя и не всегда, программы, в которых задействованы эти средства, привязаны к конкретным аппаратным платформам или операционным системам и не задуманы быть переносимыми.

Резюме

Вычислительные системы тесно связаны с двоичной системой счисления, поскольку нули и единицы могут представлять выключенное и включенное состояние битов памяти и регистров. Хотя язык С не разрешает записывать целые числа в двоичной форме, он распознает восьмеричные и шестнадцатеричные системы записи. Подобно тому, как двоичная цифра представляет один бит, восьмеричная цифра представляет три бита, а шестнадцатеричная — четыре бита. Такая взаимосвязь позволяет сравнительно просто преобразовывать двоичные числа в восьмеричную или шестнадцатеричную форму.

656 Глава 15

В языке С предлагается несколько побитовых операций, которые так называются из-за того, что воздействуют на каждый бит значения независимым образом. Побитовая операция отрицания (~) инвертирует каждый бит своего операнда, преобразуя 1 в 0 и наоборот. Побитовая операция “И” (&) формирует значение из двух операндов. Каждый бит в значении устанавливается в 1, если соответствующие биты в обоих операндах равны 1; в противном случае бит устанавливается в 0. Побитовая операция “ИЛИ” (I) также формирует значение из двух операндов. Каждый бит в значении устанавливается в 1, если соответствующий бит в одном из двух или в обоих операндах равен 1; в противном случае бит устанавливается в 0. Побитовая операция исключающего “ИЛИ” ( л) действует аналогично с тем отличием, что результирующий бит устанавливается в 1, только если соответствующий бит равен 1 в одном или в другом операнде, но не в обоих.

Вдобавок в С имеются операции сдвига влево (<<) и вправо (>>). Каждая из них создает значение, формируемое путем сдвига битов (влево или вправо) левого операнда на количество позиций, указанное в правом операнде. При операции сдвига влево освобождаемые биты устанавливаются в 0. При операции сдвига вправо освобождаемые биты устанавливаются в 0 для значений без знака. Для значений со знаком поведение операции сдвига вправо зависит от реализации.

Для обращения к отдельным битам или к группе битов в значении можно применять битовые поля. Детали такого манипулирования зависят от реализации.

С помощью операции _Alignas можно устанавливать требования к выравниванию при сохранении данных. Инструменты для работы с битами помогают программам на С взаимодействовать с оборудованием, поэтому они чаще всего привязаны к контексту конкретной реализации.

Вопросы для самоконтроля

Ответы на вопросы для самоконтроля приведены в приложении А.

1. Преобразуйте следующие десятичные значения в двоичную форму:

а. 3

б. 13

в. 59

г. 119

2. Преобразуйте следующие двоичные значения в десятичную, восьмеричную и

шестнадцатеричную форму:

а. 00010101

б. 01010101

в. 01001100

г. 10011101

3. Вычислите следующие выражения; предположите, что каждое значение имеет

8 битов:

Манипулирование битами 657

4. Вычислите следующие выражения; предположите, что каждое значение имеет 8 битов:

а. ~0