c++ - 是否值得使用位移位将多个小数据成员存储在一个字节中？

Question

在 C++ 中，任何对象或原始数据类型的最小大小都是 1 个字节。但是，我经常使用只有几个可能值的枚举类型。它最近出现在我的一门类(class)的项目中，我必须存储许多包含两种不同的小型枚举类型的结构。因此，当然，我将枚举类型的基础类型设为 unsigned chars，并将结构设为每 2 个字节。

但是，由于每个枚举类型的可能值远少于 16 个，我意识到我可以使用位移来将它们存储在仅 1 个字节中。

这就是我所说的:

enum utensil : unsigned char {fork, spoon, spork};
enum dish : unsigned char {plate, bowl, box};
enum food : unsigned char {soup, salad, entree};
enum dessert: unsigned char {cake, ice_cream, fudge};

/* A class containing one of each of the four enums 
above, but only taking up 1 byte of memory */

class TakeOut{
  private:
    unsigned char data = 0;

    void clear_utensil(){
       data = data & 0b00111111;
    }
    void clear_dish(){
       data = data & 0b11001111;
    }
    void clear_food(){
       data = data & 0b11110011;
    }
    void clear_dessert(){
       data = data & 0b11111100;
    }
  public:
    utensil get_utensil() const{
       return utensil((data & 11000000) >> 6);
    }
    dish get_dish() const{
       return dish((data & 00110000) >> 4);
    }
    food get_food() const{
       return food((data & 00001100) >> 2);
    }
    dessert get_dessert() const{
       return dessert(data & 00000011);
    }
    void set_utensil(utensil in){
       clear_utensil();
       data = data | ((unsigned char)(in) << 6);
    }
    void set_dish(dish in){
       clear_dish();
       data = data | ((unsigned char)(in) << 4);
    }
    void set_food(utensil in){
       clear_food();
       data = data | ((unsigned char)(in) << 2);
    }
    void set_dessert(utensil in){
       clear_dessert();
       data = data | (unsigned char)(in);
    }
};

如果机会再次出现，我是否应该避免在“真实”项目中这样做？这当然很复杂，但如果我必须存储大量 TakeOut 对象，那么在访问数据成员时牺牲一点时间也许是值得的。

Answer 1

你不需要为此使用移位，你可以在结构中使用位域。这为您提供了相同的功能，但大大减少了输入(这意味着更少的维护、更少的错误和更多的乐趣!):

enum utensil_t : unsigned char {fork, spoon, spork};
enum dish_t : unsigned char {plate, bowl, box};
enum food_t : unsigned char {soup, salad, entree};
enum dessert_t: unsigned char {cake, ice_cream, fudge};

struct TakeOut {
    utensil_t utensil : 2;
    dish_t dish : 2;
    food_t food : 2;
    dessert_t dessert : 2;
};

但是，请注意，当您执行此操作时，您是在用性能换取规模，而且您很可能不希望进行此交易。除非你在一个非常受限的环境中处理很多这样的问题。

Language-lawyer note:从技术上讲，C++ 编译器不是需要打包位域，因为它们的布局是实现定义的。实际上，我认为在实践中没有任何不打包位域的实现。您可以通过以下方式轻松保护自己免受疯狂实现的影响:

static_assert(sizeof(TakeOut) == 1, "Sanity, please!");