Возможно ли создание своего типа данных — массива бит?

Question

[Daniil_the_Fool]

Доброго вечера.
Использую си. Пытаюсь реализовать тип данных который является массивом 5 элементов со значением 0 или 1.
Что-то навроде такой конструкции:

1. typedef enum[4]{1,0}byte[];
   
2. byte name = (0,0,0,0,0);
   

по идее 0 - 0,0,0,0,0 и 1,1,1,1,1 - 31 занимает соответственно один байт т.е как я понял менше нельзя.
Не работает; может кто-нибудь подсказать что следует делать чтобы сделать тип - массив или это безнадежная идея?

Comments

[d'Ivan]

А какие запросы поиска будут? Приведи примеры.

[Василий Банников]

Кажется, такое возможно только с помощью макросов, но я не до конца понял, что конкретно хочется получить в результате.

Битовый массив, в котором можно будет обращаться к каждому биту по отдельности?

[Daniil_the_Fool]

Попробовал вариант однобайтной структуры как подсказали.
typedef struct{bool a:1, b:1, c:1, d:1, e:1, f:1, g:1, h:1;}byte; //1 byte (0-255)
a - h -соответственно биты. вроде работает как надо. это минмальная переменная в некотором роде. так как байт наименьшая адрессуемая структура.

[pfg21]

Daniil_the_Fool, округление размера любого битового массива вверх до размера машинного слова естественная и эффективная логика работы компилятора - так удобнее и прощее.
машинное слово - минимальный объем данных обрабатываемый обычным CPU.
работа с отдельными битами/частями машинного слова преобразуется в работу со словом при помощи побитовых логических операция с масками.
но возможны и другие реализации.

Answer 1

[res2001]

В п.1 написана какая-то синтаксически не корректная хрень, смысла которой я понять не могу.

Массив бит или битовое поле можно реализовать, конечно. Фактически это будет массив байт (или любого другого беззнакового целого), можно его спрятать в typedef и реализовать над ним несколько операций отдельными функциями.
Например в С++ есть специализация std::vector<bool>, которая для экономии памяти использует внутри битовый массив, а не массив bool, как можно было бы подумать.

Объявляете байт и работаете с отдельными битами с помощью битовых операций. Если есть необходимость в более широком битовом поле, то можно все унифицировать: при инициализации задаете размер битового поля, вычисляете по заданному размеру размер массива (можно использовать uint8_t, uint16_t, uint32_t или uint64_t - любой беззнаковый целочисленный тип оптимальной длинны), выделяете память для массива.
Операции над битовым полем:
1. создание/удаление
2. установить/снять бит по номеру
3. проверить установлен ли бит по номеру
4. опционально вычисление количества установленных бит и/или проверка пустое ли битовое поле.

Все это не трудно сделать. Можно даже заморочится и сделать на макросах универсальный вариант, где тип данных для массива будет выбираться в зависимости от размера битового поля. Не уверен, что это надо на самом деле, вполне достаточно использовать массив uint8_t для всех размеров битового поля.

Объявить переменную размером в один бит (или размером не кратным 8 бит) нельзя, потому что в современных компьютерах минимально адресуемая единица памяти - 1 байт. Была бы 1 бит - можно было бы объявлять переменные размером в 1(2,3, 11, ...) бит. Это архитектурное ограничение компьютеров, а не языка программирования.

Comments

[Daniil_the_Fool]

typedef struct{bool a:1, b:1, c:1, d:1, e:1, f:1, g:1, h:1;}byte; //1 byte (0-255)
a - h -соответственно биты. вроде работает как надо.
я правильно понимаю что это биты? или это буловские величины?
И size of пишет что 4 байта ((
странно немного.

[res2001]

Daniil_the_Fool,

И size of пишет что 4 байта

Это потому что, скорее всего, в вашем компиляторе размер bool 4 байта. Стандарт не определяет размер bool.
Смысл подобных битовых полей в том, что на указанном типе данных выделяются биты/группы битов. Но память все равно выделяется под указанный тип данных (а не под биты). Если одного поля указанного типа будет не достаточно, чтобы вместить все биты, то компилятор добавит еще одно поле и т.д. В вашем примере правильней использовать uint8_t, тогда размер будет 1 байт. Для доступа к таким полям компилятор сам генерирует соответствующие битовые операции. При желании их можно увидеть в ассемблерном коде, вашей программы. В любом случае, как бы вы не определяли битовые поля на прямую с битами вы работать не можете, только через битовые операции. Правда подобное определение битовых полей скрывает этот факт и создает иллюзию прямого доступа к битам. Кстати, еще один момент, на битовое поле нельзя получить ссылку - это следствие того, что биты не возможно адресовать (и взять адрес битового поля).
Подобные битовые поля - не универсальный вариант. Если вам понадобится другое количество битов, то придется менять структуру. Если нужен будет динамический размер битового поля, то вообще подобный вариант - не вариант. Правда в этом случае придется самому писать функции для доступа к битам по их номеру. Но это не большая проблема.