C宏设置多个位

Question

我正在使用 C 语言开发微控制器。其中一部分涉及更改寄存器中的位值。我想出了一些宏来让事情变得更简单：

#define BIT_SET(addr, shift) (addr | (1 << shift))
#define BIT_RESET(addr, shift) (addr & ~(1 << shift))
#define BIT_GET(addr, shift) (addr & (1 << shift))
...
reg1 = BIT_SET(reg1, 3); //set bit 3
...

但是，现在我想制作一个宏，它会一次更改几个位。例如，可能想将10101010 的前3 位更改为110，从而得到数字11001010。

我可以在 C 中做到这一点吗？还是我以错误的方式接近这个？

Answer 1

我的经验是为多个位设置位掩码要容易得多。因此，各个位由特定定义标识，其名称指示位的功能，如

#define ENABLE_T1  0x0001
#define ENABLE_T2  0x0002

然后将它们与按位运算符一起使用来打开和关闭位。

unsigned short usReg1 = GetRegister(REG1);

// disable T1 and enable T2

usReg1 &= ~ ENABLE_T1;
usReg1 |= ENABLE_T2;

或

// enable both T1 and T2
usReg1 |= (ENABLE_T1 | ENABLE_T2);

或

// disable both T1 and T2
usReg1 &= ~(ENABLE_T1 | ENABLE_T2);

或测试位

// is T1 turned on
if (usReg1 & ENABLE_T1) {  

// is either T1 or T2 turned on
if (usReg1 & (ENABLE_T1 | ENABLE_T2)) {  

// is T1 turned on and T2 turned off
if ((usReg1 & (ENABLE_T1 | ENABLE_T2)) == ENABLE_T1) {  

// is either T1 or T2 turned on but not both
if ((usReg1 & (ENABLE_T1 | ENABLE_T2)) && ((usReg1 & (ENABLE_T1 | ENABLE_T2)) != (ENABLE_T1 | ENABLE_T2))) {

关于宏的说明

顺便说一句，您需要确保在宏定义中使用括号来尽可能地隔离参数以确保安全。如果不使用括号显式强制将宏参数作为单个表达式进行评估，您将受到运算符优先规则的支配，而这些规则可能并不总是您想要的（参见 https://en.cppreference.com/w/c/language/operator_precedence ）。所以

#define BIT_SET(addr, shift) (addr | (1 << shift))

真的应该写成

#define BIT_SET(addr, shift) ((addr) | (1 << (shift)))

对于您的示例，由于按位移位运算符在优先级图表上相当低，因此在大多数情况下可能会很好，但对于其他宏，取决于运算符优先级可能会导致缺陷，因为您永远不知道某人会多么保守使用宏时。

Answer 2

您可以引入一个全角掩码来定义您要设置的位。 例如。设置前 3 位使用 0xe0，即二进制 11100000。

与该掩码一起，提供要全角写入的值。
例如。 0xc0 表示前三位中所需的二进制 110。

然后需要一点操作魔法来只写入所需的位位置。

#define MULTIBIT_SET(addr, mask, value) (((addr)&((0xff)^(mask)))|((value)&(mask)))

这里((0xff)^(mask)) 反转掩码，因此与此操作会从值中删除现有位。
((value)&(mask)) 是值，但仅在所需位置设置位，即这样可以防止不希望的位设置其他地方。

总的来说，oring 两个部分，可以得到你想要的结果。

这里有一个设计选择，我想提一下：
称之为偏执狂。如果有人告诉我“我只想将前三位设置为这个在其他地方有位的值”，那么我更愿意以这种方式安全，即删除“其他位”。
是的，我假设无意设置位比不设置位风险更大，这是一个品味问题。

Answer 3

你总是可以在 C 中做到这一点。:-)

如果您使用的是符合 C99 的编译器，并且考虑到现在是 2019 年，我假设您是，您可以使用可变参数宏来使其工作，更具体地说，P99。

我有一个示例，我提取了 P99 的相关组件，但它变得一团糟，因为这是对 C 预处理器作为图灵完备语言的一些认真使用。

这也滥用了括号；特别是，EXTRACT_VALUE x 扩展为 EXTRACT_VALUE (a, b)，因为我们传递了一个元组列表。

#include "p99.h"

#define EXTRACT_SHIFT(shift, value) (shift)
#define EXTRACT_VALUE(shift, value) (value)
#define MERGE(NAME, I, A, B) (A), (B)

#define SET_OR_CLEAR(target, x, i) \
    ((EXTRACT_VALUE x) ? \
        ((target) |= (1 << EXTRACT_SHIFT x)) : \
        ((target) &= ~(1 << EXTRACT_SHIFT x)))
#define SET_AND_CLEAR(target, pairs...) \
    P99_FOR(target, P99_NARG(pairs), MERGE, SET_OR_CLEAR, pairs)

// ...
reg1 = BIT_SET(reg3, 3); //set bit 3                                         
// ...
SET_AND_CLEAR(reg3, (7, 1), (6, 1), (5, 0)); // set bits 6 and 7, clear bit 5

您可能需要使用-std=c99 进行编译。请注意，我使用了可变参数词 pairs 而不是 __VA_ARGS__，以表明我们想要 2 元组作为参数。

请注意，这不会屏蔽任何未设置或清除的输入寄存器。