Re: [分享] Boolean in C/C++

[sdarktemplar (惟ゆい)]

請問一下，關於實際記憶體的使用上的問題

在寫MCU FW的時候會常有很多boolean值要存

當然如果mcu記憶體夠的話就用一個byte來放一個boolean

但是我個人會習慣寫成bitwise搭配mask的方式

這樣只要用原本1/8的記憶體用量

但是就是麻煩了點

現在的IDE跟compiler有辦法自動把8個bool宣告的變數佔的記憶體合併成一個byte嗎?

也就是說compiler自動幫我們做bitwise這件事情來節省記憶體

謝謝



※ 引述《Feis (永遠睡不著 @@)》之銘言：
:   前面幾篇有提到 bool 的問題。今天突然失眠，心血來潮，來分享一下 bool 的故事。
:   當然內容算是比較基礎而有許多主觀認知的，有什麼遺漏錯誤還煩請指正。
:   [關於 Boolean (布林)]
:   Boolean (布林) 作為一種資料型別 (data type) 時只具有兩種值: 『真』(true) 與
:   『偽』(false)。
:   Boolean 可以進行的運算包含：而且 (and)、或 (or) 與非 (not) ，還有由這三種基本
:   運算延伸出來的各式邏輯運算。
:   基本上, Boolean 是不能做一般我們認為的算術運算 (+, -, *, /, ...) 的。
:   Boolean 在一般程式語言中最重要的角色是作為『流程控制』的條件判斷。
:   在 C/C++ 裡面，if、for 和 while 等流程控制都仰賴於條件的 Boolean 運算結果。
:   [在 C89 裡面的 Boolean]
:   雖然 Boolean 對於『流程控制』具有巨大的重要性，但在 C89 內並沒有直接替
:   Boolean 設定一個專有的資料型別。
:   在 C89 中 Boolean 是隱性地跨越多個型別、運算以及語法中實現。
:   首先，C89 替內建型別所具有的 Boolean 值做了規定：
:   * 數值型別的 Boolean 值：0 的值為『偽』，其他的值為『真』。
:   * 指標型別的 Boolean 值：null 的值為『偽』，其他的值為『真』
:     (剛好 0 當指標值時是代表 null 指標)
:     if (0) {
:       printf("True"); // 不會印 True.
:     }
:     if (0.1) {
:       printf("True"); // 會印 True.
:     }
:   這個決定讓我們不必產生一個 Boolean 的專有型別，因為內建型別都可以當做
:   Boolean 用。
:   而且, 0 為 『偽』，非 0 為『真』也是一種容易記誦的方式， 使人不由得敬佩設計者
:   的巧思。
:   再來，C89 規定了關係 (>, <, ==, ...) 與邏輯 (&&, ||, ...) 等運算的結果值。 當
:   結果為『真』時會算出 int 型別的 1，而當結果為『偽』時會算出 int 型別的 0。
:   將上面稍微整理一下，C89 共做了：
:   1. 判斷內建型別的 Boolean 值時，將 0 作為『偽』而非 0 作為『真』。
:   2. 運算結果為『偽』時算出 int 的 0，而為『真』時算出 int 的 1。
:   以上這兩點造成我們容易覺得 Boolean 在 C89 裡面就是 int，但這是一個常見的誤解。
:   什麼意思呢？
:   如果我們寫成：
:     typedef int bool; // 把 bool 定義成 int
:     bool a = 0.1;
:     if (a) {
:       printf("True");  // 此時不會印出 True，因為 a 的值為 0 (偽)
:     }
:   將 0.1 轉型成 int 會是 0，但是將 0.1 解釋成 Boolean 時因為是非 0 值所以應該要
:   是『真』(1)。
:   所以 int  是不能直接替代 Boolean 的。
:   此外，C89 並沒有替 Boolean 提供專用的型別還有很多缺點：
:   因為 Boolean 運算的結果是用 int 的 1 與 0 來表示真偽，使得將 Boolean 運算結果
:   作為整數運算的技巧大量地應用在 C89 以前的程式碼裡，因此產生了一些程式碼不直觀
:   的惡夢。例如：
:     if (0 == 0 == 0) {
:       printf("True");  // 不會印 True
:     }
:     if (4 > 3 > 2) {
:       printf("True");  // 不會印 True
:     }
:   如果再搭配了逐位元運算， 儲存  Boolean  所需要的空間大小可以由   int   再濃縮
:   成 1 bit，使得 Boolean 在 C89 中達到使用空間的大幅縮減。
:   但以上兩個技巧遺留下了大量無法撼動要依賴 Boolean 值是 1 或 0 的程式碼。
:   [在 C++98 中的 Boolean]
:   作為一個新的語言，C++98 選擇了一個比較直接的決定：
:     * 將 bool 作為 Boolean 型別。
:     * 將 true 與 false 作為 bool 的字面常數。
:     * 當運算結果為『真』時，算出 bool 型別的 true。
:     * 當運算結果為『偽』時，算出 bool 型別的 false。
:   乍看之下似乎得到了解脫，因為我們有了表示 Boolean 的 bool 型別了。
:   不幸的是，為了跟大量原有的 C 程式碼相容，使得 C++98 面臨到一些困難：
:   1. 需要引入三個新的保留字: bool 、 true 和 false 。 使得與原有的 C 程式碼可能
:      會造成名稱衝突。
:      (C99 不這麼做，後面會提)
:   2. 因為假設 Boolean 為『真』時算出 1 且為『偽』時算出 0 的原有 C 程式碼太多，
:      C++98 只好允許 true 可以被隱性轉型成 int 的 1 ，而 false  可以被隱性轉型成
:      int 的 0 。此外，數值或指標型別也都要能隱性轉成 true 或 false 以符合在 C89
:      裡面的用法。
:      這樣的作法使得 bool 用起來跟整數型別相似，造成我們之前的惡夢還是存在 (可以
:      參考與 Java 的差異)，而這對於要求型別安全的 C++ 來說更是恐怖。
:      (C/C++ 各版本都有的問題)
:   3. 為了得到以前使用位元運算將  Boolean 表示為 1 bit 的效用可以直接使用在 bool
:      上，C++98 對 vector<bool> 做了特製化，使得每個 bool 在這 vector 中都只耗用
:      1 bit，但也產生了使用上的問題或多執行緒的惡夢。
:      (C++ 各版本都有的問題)
:   4. 有些時候，我們想將物件作為流程控制或邏輯運算的條件，並依照物件的狀態決定流
:      程的進行。
:      例如:
:        Object a;
:        if (a) {
:          printf("True"); // 如果 a 物件符合期望就印
:        }
:      因此我們需要讓物件可以轉型成 bool。但是讓物件可以隱性轉型成 bool  的風險太
:      大，因為這意味著物件可以隱性成整數型別。
:      設計師為了避免將一般物件被誤當成整數用，原本想讓物件可以隱性轉型成 bool 型
:      別只好改為轉型成指標型別。
:      例如:  std::basic_ios::operator void *() const;
:      (C++11 有部分解決, 後面會提)
:   [C99 的 Boolean]
:   為了跟 C89 的相容性， C99 並沒有選擇跟 C++98 一樣的道路去引進三個新的保留字，
:   而是：
:     * 將 _Bool 作為 Boolean 的型別，
:     * 在 stdbool.h 中設定了四個 macro:
:       - 將 bool 定義為 _Bool，
:       - 將 true 定義為 1，
:       - 將 false 定義為 0，
:       - 將 __bool_true_false_are_defined 定義為 1。
:   引入了叫 _Bool 的保留字作為 Boolean 的型別名稱。因為名字太奇怪， 不容易跟原有
:   C 程式碼撞名，而不會遇到跟 C++98 一樣的窘況。
:   將 bool, true 和 false 設計為 macro，使得我們在程式碼中可以有條件的選擇是否用
:   這三個名稱。 也就是說，如果你不  #include <stdbool.h>  的話，bool 、 true  和
:   false 預設是未定義的。這樣可以避免跟原有程式碼撞名，或有必要時做一些處理。
:   此外，你可以發現，因為是使用 macro，Boolean 運算的結果依然是 int 型態，這點使
:   得一般的運算結果跟 C89 是一致的。
:   換句話說，C99 解決 C89 問題的作法是提供的一個真正的 Boolean 型別， 但是其他都
:   沒有真的改。而 _Bool 的用途主要是讓剛剛錯誤的程式碼正常執行：
:     _Bool a = 0.1;    // a 會是『真』而不是 0
:     if (a) {
:       printf("True"); // 會印出 True
:     }
:   [C++11 的 Boolean]
:   C++11 的 bool 大致上依循 C++98 的腳步，但多了一點調整：
:   之前我們不敢讓物件隱性轉型成  bool ，因為怕被誤當做整數用。但是現在我們可以用
:   C++11 的 explicit cast operator 來讓物件只能顯性轉型成 bool。
:   explicit cast operator 的意思是，原本我們在類別裡面自定的轉型運算子不能被指定
:   為只提供顯性轉型。也就是：
:     class Object {
:       operator bool() const;  // 轉型成 bool 的運算子
:     };
:   提供上面的轉型運算子意味著：
:     Object a;
:     a + 1; // 是合法的，a 會被隱性轉型成 bool 後轉型成 int 運算
:   這樣並不好，讓物件可以當整數用簡直是惡夢！
:   我們可以使用 C++11 提供的 explicit cast operator 規定我們使用轉型運算子時需要
:   是顯性的：
:     class Object {
:       explicit operator bool() const;
:     };
:   如果對這個類別使用之前的程式碼：
:     Object a;
:     a + 1; // 編譯失敗，因為 a 無法隱性轉型成 bool 或整數
:   當我們真的需要將 a 轉型成 bool 時需要使用顯性轉型：
:     Object a;
:     if ((bool)a) {    // 顯性轉型成功
:       printf("True");
:     }
:   但是這樣用起來又有點麻煩，所以 C++11 讓流程控制或邏輯運算時的條件具有顯性轉成
:   bool 的語意 (其他時候則不會)。
:   換句話說，在 C++11 裡面,
:     Object a;
:     if (a) {
:       printf("True");
:     }
:   會自動解釋成
:     Object a;
:     if ((bool)a) {
:       printf("True");
:     }
:   這樣就達到讓物件要轉型成  bool  需要是顯性的， 但是使用在邏輯運算或做流程控制
:   時，又不需要一直寫顯性轉型的程式碼。
:   但是其他的時候，因為 a 不能被隱性轉型成 bool，而得到更多的型別安全。

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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 210.242.38.34 (臺灣)
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/C_and_CPP/M.1581307922.A.CC5.html
推 KaryuuIssen: 當然不會  組合語言的定址都是以byte為單位的
推 ctrlbreak: http://bit.ly/39nhiiF   這種用法呢？
→ adrianshum: C++ 的話用 bitset 不就好了？
→ sdarktemplar: to 3F，主要是問C的部分
→ sdarktemplar: to 2F，這個方式我研究一下，謝謝
推 CoNsTaR: gcc 的話
→ CoNsTaR: enum __attribute__((packed)) Boolean { TRUE, FALSE };