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bit field

bit field는 컴퓨터 과학에서 사용하는 용어로, 데이터의 최소단위인 bit 를 이용해서 데이터를 간단히 저장하는 방법을 제시한다. 단일 비트 즉, 0과 1을 사용하기 때문에 on/off의 상태정보를 저장하는데 유용하게 사용할 수 있다. 가장 널리 사용되는 영역은 flag를 이용한 상태저장일 것이다.

C 예제

#include <stdio.h> 
 
#define STATUS_WATCHES_TV    (1 << 0) /* 0x01 */ 
#define STATUS_READS_BOOK    (1 << 1) /* 0x02 */ 
#define STATUS_PLAY_GAMES     (1 << 2) /* 0x04 */ 
#define STATUS_EAT_FOOD        (1 << 3) /* 0x08 */ 
 
unsigned int status; 
 
void setStatus(unsigned int flag) 
{ 
    status |= flag; 
} 
 
void resetStatus(unsigned char flag) 
{ 
    status &= ~flag; 
} 
 
unsigned int getStatus(unsigned int flag) 
{ 
    return (status & flag) != 0; 
} 
 
int main(int argc, char ** argv) 
{ 
  setStatus(STATUS_WATCHES_TV); 
  setStatus(STATUS_PLAY_GAMES); 
 
  if(getStatus(STATUS_WATCHES_TV)) 
  { 
    printf("I Watching TV\n"); 
  } 
  if(getStatus(STATUS_READS_BOOK)) 
  { 
    printf("I reading book\n"); 
  } 
  if(getStatus(STATUS_PLAY_GAMES)) 
  { 
    printf("I playing game\n"); 
  } 
  if(getStatus(STATUS_EAT_FOOD)) 
  { 
    printf("I eat food!\n"); 
  } 
}

각각의 상태값을 위해서 하드코딩된 값을 사용하는 대신에, bit field를 사용하고 있다. 각 필드에 값은 shift 연산을 사용하고 있으므로, bit 연산을 이용해서 간단히 상태를 설정하고 얻어올 수 있다. 가독성도 덤으로 얻을 수 있다.

구조체와 bit field

구조체에서 bit field가 사용되는 경우는 흔하지 않을 것이다. endian과 관련된 문제들때문에 가독성과 유지보수성이 떨어질수 있기 때문이다. 커널의 경우 네트워크 프로토콜(TCP/IP와 같은) 구조체 정의하기 위해서 일부 사용된다. 아래는 tcp 헤더 구조체이다. endian 문제를 해결하기 위해서 #if문을 사용하고 있다.

struct tcphdr 
{ 
    u_int16_t th_sport;     /* source port */ 
    u_int16_t th_dport;     /* destination port */ 
    tcp_seq th_seq;     /* sequence number */ 
    tcp_seq th_ack;     /* acknowledgement number */ 
#  if __BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN 
    u_int8_t th_x2:4;       /* (unused) */ 
    u_int8_t th_off:4;      /* data offset */ 
#  endif 
#  if __BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN 
    u_int8_t th_off:4;      /* data offset */ 
    u_int8_t th_x2:4;       /* (unused) */ 
#  endif 
    u_int8_t th_flags; 
#  define TH_FIN    0x01 
#  define TH_SYN    0x02 
#  define TH_RST    0x04 
#  define TH_PUSH   0x08 
#  define TH_ACK    0x10 
#  define TH_URG    0x20 
    u_int16_t th_win;       /* window */ 
    u_int16_t th_sum;       /* checksum */ 
    u_int16_t th_urp;       /* urgent pointer */ 
};

위의 경우는 보기가 힘드니, 좀더 일반적인 경우를 보자.

#include <stdio.h> 
 
struct myStatus 
{ 
    unsigned int watch_tv:1; 
    unsigned int reads_book:1; 
    unsigned int play_book:1; 
    unsigned int eat_book:1; 
}; 
 
int main(int argc, char **argv) 
{ 
    struct myStatus mstatus; 
    mstatus.watch_tv = 1; 
    mstatus.reads_book = 1; 
    printf("Size of %ld\n",sizeof(struct myStatus)); 
 
    if(mstatus.watch_tv) 
    { 
        printf("I'm watch TV\n"); 
    } 
}