C++ 任何位长字节对齐缓冲区的位对齐访问

对于嵌入式系统（little Endian ARM，语言C——即使我在这里使用C++进行测试），我编写了附带的代码。我必须发送和接收不同配置的数据，位对齐，并且具有给定的位长度。对于我必须发送/接收的每个变量，使用字段_conf_t执行配置，如：

typedef struct field_conf_t { ... }; // see below

typedef struct {
    field_conf_t    a;
    field_conf_t    b;
    field_conf_t    c;
} tx_fields_conf_t;

const tx_fields_conf_t tx_fields_conf = {
    { 0, 8  },      // a - offset/length
    { 28, 12 },     // b - offset/length
    { 56, 8  }      // c - offset/length
};

我的问题是，我考虑了很多关于单位操作的问题，测试失败了

代码如下：

#include <stdint.h>

#define BOOST_TEST_MODULE BitFieldTest
#include <boost/test/unit_test.hpp>

typedef uint8_t     uint8;
typedef uint16_t    uint16;
typedef uint32_t    uint32;
typedef unsigned long long uint64;

typedef struct {
    uint8   offset;     // [0-63]
    uint8   length;     // [1-32]
} field_conf_t;

typedef struct {
    field_conf_t    a;
    field_conf_t    b;
    field_conf_t    c;
} tx_fields_conf_t;

typedef union {
    uint8   buf[8];
    uint64  contents;
} msg_t;

void set_value(msg_t* const msg, const field_conf_t* const field, uint32 value)
{
    const uint32 mask = (1 << field->length) - 1;
    msg->contents    &= ~(mask          << field->offset);  // clear old contens
    msg->contents    |=  (value & mask) << field->offset;   // set new contens
}

uint32 get_value(const msg_t* const msg, const field_conf_t* const field)
{
    const uint32 mask = (1 << field->length) - 1;

    uint64 value = (msg->contents >> field->offset);
    value       &= mask;

    return (uint32)value;
}

// ########################################################################
struct TestFixture {
    TestFixture() : a(0xAA), b(0xBBB), c(0xCC) {
        conf.a.offset =  0; conf.a.length = 8;
        conf.b.offset = 25; conf.b.length = 12;
        conf.c.offset = 56; conf.a.length = 8;
    }
    uint32 a, b, c;
    msg_t msg;
    tx_fields_conf_t conf;
};

BOOST_FIXTURE_TEST_SUITE(MsgBitfieldTest, TestFixture);

BOOST_AUTO_TEST_CASE(Test_01)
{
    set_value(&msg, &conf.a, a);
    BOOST_CHECK(get_value(&msg, &conf.a) == a);

    set_value(&msg, &conf.b, b);
    BOOST_CHECK(get_value(&msg, &conf.a) == a);
    BOOST_CHECK(get_value(&msg, &conf.b) == b);

    set_value(&msg, &conf.c, c);
    BOOST_CHECK(get_value(&msg, &conf.a) == a);
    BOOST_CHECK(get_value(&msg, &conf.b) == b);
    BOOST_CHECK(get_value(&msg, &conf.c) == c);
}

BOOST_AUTO_TEST_SUITE_END();

缓冲区大小始终为8字节；我很高兴我可以在这里使用64位长；在此之前，字节对齐操作也失败（每个字节上的掩码和位操作）。请注意，该值不能大于int32/uint32。我还知道C位字段。他们太慢了，我需要一个用于嵌入式系统的快速解决方案（还有其他耗时的任务）

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我还对使用lsb/msb 32位甚至8字节片快速解决方案感兴趣，但我认为由于编译器的原因，64位数据类型的使用性能更高。

在第一个代码块中，您有以下问题：

const tx_fields_conf_t tx_fields_conf = {
    { 0, 8  },      // a - offset/length
    { 28, 12 },     // b - offset/length -- note the 28 here as the offset
    { 56, 8  }      // c - offset/length
};

struct TestFixture {
    TestFixture() : a(0xAA), b(0xBBB), c(0xCC) {
        conf.a.offset =  0; conf.a.length = 8;
        conf.b.offset = 25; conf.b.length = 12;  // offset is *25* here, not 28 as above. Poss. problem?
        conf.c.offset = 56; conf.a.length = 8;
    }
    uint32 a, b, c;
    msg_t msg;
    tx_fields_conf_t conf;
};

但在以后的应用程序中，您有：

const tx_fields_conf_t tx_fields_conf = {
    { 0, 8  },      // a - offset/length
    { 28, 12 },     // b - offset/length -- note the 28 here as the offset
    { 56, 8  }      // c - offset/length
};

struct TestFixture {
    TestFixture() : a(0xAA), b(0xBBB), c(0xCC) {
        conf.a.offset =  0; conf.a.length = 8;
        conf.b.offset = 25; conf.b.length = 12;  // offset is *25* here, not 28 as above. Poss. problem?
        conf.c.offset = 56; conf.a.length = 8;
    }
    uint32 a, b, c;
    msg_t msg;
    tx_fields_conf_t conf;
};

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有没有可能这是一个重要的差异？也许什么都没有，但我确实注意到了……我想我应该指出它。

问题是在

设置值中

const uint32 mask = (1 << field->length) - 1;
msg->contents    &= ~(mask          << field->offset);  // clear old contens
msg->contents    |=  (value & mask) << field->offset;   // set new contens

谢谢你指出这一点，但这并不重要。我喜欢在最终版本中使用的结构“API”。