Почему логическое значение имеет размер 1 байт, а не 1 бит?

В C ++

• Почему логическое значение имеет размер 1 байт, а не 1 бит?
• Почему нет таких типов, как 4-битные или 2-битные целые числа?

Я упускаю перечисленное выше при написании эмулятора для процессора

Потому что ЦП не может обращаться ни к чему меньше байта.

Из Википедии :

Исторически байт представлял собой количество битов, используемых для кодирования одного символа текста в компьютере, и по этой причине он является основным адресуемым элементом во многих компьютерных архитектурах.

Таким образом, байт - это основная адресуемая единица , ниже которой компьютерная архитектура не может обращаться. И поскольку (вероятно) не существует компьютеров, поддерживающих 4-битные байты, у вас нет 4-битных bool и т. Д.

Однако, если вы можете спроектировать такую ​​архитектуру, которая может адресовать 4-битную как базовую адресуемую единицу, тогда у вас будет bool4-битный размер только на этом компьютере!

Самый простой ответ: это потому, что ЦП адресует память в байтах, а не в битах, а побитовые операции выполняются очень медленно.

Однако в C ++ можно использовать распределение битового размера. Для битовых векторов существует специализация std :: vector, а также структуры, принимающие записи битового размера.

В былые времена, когда мне приходилось идти в школу в бушующую метель, подниматься в обе стороны, и обедать было какое бы животное мы ни могли выследить в лесу за школой и убить голыми руками, у компьютеров было гораздо меньше доступной памяти, чем Cегодня. Первый компьютер, который я когда-либо использовал, имел 6 КБ ОЗУ. Не 6 мегабайт, не 6 гигабайт, 6 килобайт. В этой среде имело смысл упаковать в int столько логических значений, сколько вы могли, и поэтому мы регулярно использовали операции для их извлечения и вставки.

Сегодня, когда люди будут издеваться над вами за то, что у вас всего 1 ГБ ОЗУ, а единственное место, где вы можете найти жесткий диск с объемом менее 200 ГБ, - это антикварный магазин, просто не стоит тратить силы на то, чтобы упаковывать биты.

Вы можете использовать битовые поля для получения целых чисел субразмера.

struct X
{
    int   val:4;   // 4 bit int.
};

Хотя обычно он используется для сопоставления структур с точными ожидаемыми аппаратными битовыми шаблонами:

struct SomThing   // 1 byte value (on a system where 8 bits is a byte
{
    int   p1:4;   // 4 bit field
    int   p2:3;   // 3 bit field
    int   p3:1;   // 1 bit
};

У вас могут быть 1-битные логические значения и 4- и 2-битные целые числа. Но это привело бы к странному набору инструкций без увеличения производительности, потому что это неестественный взгляд на архитектуру. На самом деле имеет смысл «потратить впустую» лучшую часть байта, а не пытаться вернуть неиспользуемые данные.

По моему опыту, единственное приложение, которое пытается упаковать несколько bool в один байт, - это Sql Server.

Потому что байт - это наименьшая адресуемая единица языка.

Но вы можете сделать так, чтобы bool занимал 1 бит, например, если у вас их несколько, например. в структуре, например:

struct A
{
  bool a:1, b:1, c:1, d:1, e:1;
};

boolможет быть одним байтом - наименьшим адресуемым размером ЦП или может быть больше. Нет ничего необычного в том, boolчтобы быть размером с intдля повышения производительности. Если для определенных целей (например, для моделирования оборудования) вам нужен тип с N битами, вы можете найти для этого библиотеку (например, у библиотеки GBL есть BitSet<N>класс). Если вас беспокоит размер bool(у вас, вероятно, большой контейнер), вы можете упаковать биты самостоятельно или использовать std::vector<bool>это для вас (будьте осторожны с последним, поскольку он не удовлетворяет требованиям к контейнеру).

Подумайте, как бы вы реализовали это на своем уровне эмулятора ...

bool a[10] = {false};

bool &rbool = a[3];
bool *pbool = a + 3;

assert(pbool == &rbool);
rbool = true;
assert(*pbool);
*pbool = false;
assert(!rbool);

Потому что, как правило, ЦП выделяет память с 1 байтом в качестве базовой единицы, хотя некоторые ЦП, такие как MIPS, используют 4-байтовое слово.

Однако vectorработает boolособым образом, с vector<bool>выделением одного бита для каждого логического значения.

Байт - это меньшая единица хранения цифровых данных компьютера. В компьютере ОЗУ состоит из миллионов байтов, и у любого из них есть адрес. Если бы у него был адрес для каждого бита, компьютер мог бы управлять оперативной памятью в 8 раз меньше, чем он может.

Более подробная информация: Википедия.

Даже если минимально возможный размер составляет 1 байт, вы можете иметь 8 бит логической информации в 1 байте:

http://en.wikipedia.org/wiki/Bit_array

Например, в языке Julia есть BitArray, и я читал о реализациях C ++.