原创 [轉]位域结构体变量在主流控制器(ARM/DSP等)编程使用时注意事项

http://blog.csdn.net/Peasant_Lee/archive/2010/05/14/5592190.aspx

很多人搞电子软件编程的人都是从sram很紧缺的51单片机或其他低端单片机入门的。大家都知道，51单片机的有个可bit寻址的空间，而对应的开发环境KEIL C51当然也支持bit变量。随着电子芯片产品的发展，现在的主控器林林种种，无论是SRAM空间或者是COED空间，都有了相当大的提升，现在的sram动不动就几k，几十k。而51单片机的可位寻址功能没有得到继承，已经永久的成为古董。而在实际编程应用中，有些信息在存储时，并不需要占用一个完整的字节， 而只需占几个或一个二进制位。比如很多的变量，特别是标志位，都不需要占用一个byte的空间。常见的如：只占用一bit的的bool变量（0或1）。那么，假如不是51单片机编译环境，而又为了省SRAM存储空间，需要这种不足一个byte空间的变量，又怎么办呢？位域结构体派上用场了。位域结构体，称为“位域”或“位段”。所谓“位域”是把一个字节中的二进位划分为几个不同的区域，并说明每个区域的位数。每个域有一个域名，允许在程序中按域名进行操作。 这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示。

位域结构体的声明如下：

struct 位域结构名

　　{类型说明符 位域名：位域长度};

例如：

struct bitzone
{
　int a:8;
　int b:2;
　int c:6;
};

当然了，还有其他位域名和位域长度缺省的情况，具体代表什么意思，大家可参考其他资料，很多有说明的。

位域结构体变量的定义和调用同一般的结构体变量一样，估计大家都很熟悉，在这里不再多说了，而我想说的是，位域结构体无疑是可以为我们节省一些变量存储空间。但是，正因为现在很多主控器，比如DSP，ARM，和其他的高端单片机，都没有了可位寻址的区域，它们要实现这种类似位操作的数据结构，就需要将当前bit所在的byte进行位&，或者移位等操作。而这，撇开代码是否美观不管，就生成代码量多了，需要占用的CPU周期多了。换句话说，为了节省这个SRAM，代价是代码臃肿了，机器跑起来慢了。本人曾经在DSP和ARM的开发环境，测试过，的确如此。如何进行取舍呢？那就看具体的情况了，假如SRAM 紧张，CODE不紧张，慢几个机器周期也无所谓，那行，就用上它。假如都紧张，而且CPU很忙，不能再忙了，那么就只能来个折中取舍了，正所谓，鱼与熊掌不可兼得啊。

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下面再给出一个我自己很久前写的代码例子，以示为呈堂证供：

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情况1：下面的结构体内定义了位域结构体

typedef struct _DECODE_PARAMETER

{

       UINT16  selectindex;  

       UINT16  decodeindex;

       …………

       …………

       struct _BIT    

       {

              UINT16 fileover:                 1;

              UINT16 validname:             1;

              UINT16 playstatus:              2;

              …………….

              …………….

              …………….

       }bit;

} DECODE_PARAMETER;

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情况2：下面结构体中没有位域变量

typedef struct _DECODE_PARAMETER

{

       UINT16  selectindex;  

       UINT16  decodeindex;

//上面的位域去掉，每项位域直接定义位char变量：

       UINT8 fileoverflag ;

       UINT8 validname;

       UINT8 playstatus; 

       …………………..

…………………..

} DECODE_PARAMETER;

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使用实例比较：在使用过程中，做同样的与判断。

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情况1：if(Side.bit.fileover && Side.bit.validname && Side.bit.playstatus)

生成的汇编代码为：

0x08004632 48E4      LDR      r0,[pc,#912]  ; @0x080049C4 

0x08004634 F8B00044  LDRH     r0,[r0,#0x44]

0x08004638 F3C00000  UBFX     r0,r0,#0,#1

0x0800463C B310      CBZ      r0,0x08004684

0x0800463E 48E1      LDR      r0,[pc,#900]  ; @0x080049C4

0x08004640 F8B00044  LDRH     r0,[r0,#0x44]

0x08004644 F3C01000  UBFX     r0,r0,#4,#1

0x08004648 B1E0      CBZ      r0,0x08004684

0x0800464A 48DE      LDR      r0,[pc,#888]  ; @0x080049C4

0x0800464C F8B00044  LDRH     r0,[r0,#0x44]

0x08004650 F3C01041  UBFX     r0,r0,#5,#2

0x08004654 B1B0      CBZ      r0,0x08004684

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情况2：if(Side.fileover && Side.validname && Side.playstatus)

生成的汇编代码为：

0x0800421C 48C5      LDR      r0,[pc,#788]  ; @0x08004534

0x0800421E F8900044  LDRB     r0,[r0,#0x44]

0x08004222 B1B8      CBZ      r0,0x08004254

0x08004224 48C3      LDR      r0,[pc,#780]  ; @0x08004534

0x08004226 F8900048  LDRB     r0,[r0,#0x48]

0x0800422A B198      CBZ      r0,0x08004254

0x0800422C 48C1      LDR      r0,[pc,#772]  ; @0x08004534

0x0800422E F8900049  LDRB     r0,[r0,#0x49]

0x08004232 B178      CBZ      r0,0x08004254

看出区别了吧？明显的情况2少了3个指令。明显是多了Crotex m3特有的UBFX（位段提取）指令。具体其他的汇编代码指令具体做什么操作，大家有兴趣的话，查相关资料。大家可能觉得在上百M或者几百M的CPU中，三个指令周期算不了什么，那就错了，假如该判断在循环相当频繁的主循环中（每个主循环的必经之路），一个指令包含了若干个机器周期，那么，这些若干的周期，就真的以少积多，滴水成河了。我也亲自试验过，在MP3的解码播放中，两种用法的区别。