Bitmanipulation
Ein sehr gutes Beispiel für die Erzeugung von Code zur
Kompilierzeit in D mit Mixins ist Bitmanipulation.
Einfache Bitmanipulation
D bietet die folgenden Operatoren für Bitmanipulation:
& bitweises Und
| bitweises Oder
~ bitweise Negation
<< bitweise vorzeichenbewahrende Links-Verschiebung
>> bitweise vorzeichenbewahrende Rechts-Verschiebung
>>> bitweise vorzeichenlose Rechts-Verschiebung
Ein praktisches Beispiel
Ein gängiges Beispiel für Bitmanipulation ist das Einlesen
eines Bitwertes. D bietet core.bitop.bt für die meisten
allgemeinen Aufgaben. Nichtsdestotrotz werden wir zum besseren
Verständnis die ausführliche Implementierung eines Bit-Tests
vornehmen:
enum posA = 1;
enum maskA = (1 << posA);
bool getFieldA()
{
return _data & maskA;
}
Eine Verallgemeinerung ist der Test von Bitblöcken,
die aus mehreren aneinandergereihten Bits bestehen.
Dazu wird eine spezielle Maske der Länge des Blocks
benötigt. Der Datenblock wird entsprechend verschoben,
bevor die Maske angewendet wird:
enum posA = 1;
enum lenA = 3;
enum maskA = (1 << lenA) - 1; // ...0111
uint getFieldA()
{
return (_data >> posA) & maskA;
}
Das Setzen solch eines Blocks kann genauso durch
Negation der Maske erreicht werden, wodurch das Schreiben
nur innerhalb des spezifizierten Blocks möglich ist:
void setFieldA(bool b);
{
return (_data & ~maskAWrite) | ((b << aPos) & maskAWrite);
}
Les- und Wartbarkeit mit std.bitmanip
D bietet einen kompletten Werkzeugkoffer zur Erzeugung
benutzerdefinierter Bitmanipulationen. Allerdings ist
bitmanipulierender Code oft fehlerträchtig und schwer
zu warten.
std.bitmanip schafft hier Abhilfe, indem es (unter
Zuhilfenahme von Mixins) erlaubt, wartbare, leicht
lesbare Bitmanipulationen zu schreiben - ohne dabei
Performance zu opfern.
Das Beispiel zeigt eine BitVector-Definition, die,
obwohl sie nur X Bits benutzt, kaum von regulären Strukturen
unterscheidbar ist.
std.bitmanip und core.bitop beinhalten weitere Helfer,
die sehr hilfreich für Anwendungen sind, die die Anforderung
eines geringen Speicherverbrauchs stellen.
Auffüllen und Ausrichtung
Der Compiler wird Variablen auffüllen (engl.: Padding), die
eine Größe kleiner als das Speicherlayout des Betriebssystems
(size_t.sizeof) besitzen, wie z.B. bool, byte oder char.
Daher wird die Ausrichtung (engl.: Allignment) der Felder
beginnend bei Bit 0 empfohlen.
Weiterführende Quellen
