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https://i.imgur.com/VU56Rwn.png

A：当打开的手册页说：指定的标志由以下值组成：

       O_RDONLY        open for reading only
       O_WRONLY        open for writing only
       ...

这意味着我们应该在这样的标志之间使用逻辑或：O_RDONLY || O_WRONLY 来指定我们想要的权限组合。

B：为了指示不同的选项，我们使用位标志（而不是字符或整数）以节省空间。

C：对位标志执行操作很快。

D：系统调用中使用的位标志在库文件中定义。

E：命令 chmod 使用八进制定义的位标志常量，因为有八种可能的权限状态。

如果它是一个好的系统库，我知道库文件中没有定义位标志。它们通常是标头中的常量或#defines，而不是编译的对象，如果那是“库文件”所指的话。但是，我不明白它们是如何节省空间的，毕竟位标志不只是整数吗？

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首先，|和||是不同的运营商。

|是按位 OR 运算符，它对每一位进行 OR，然后您会得到结果。

||是逻辑或运算符，如果左侧为真或右侧为真，则返回真，否则返回假。

在位标志的情况下，您应该使用|，例如O_RDONLY | O_WRONLY

B：为了指示不同的选项，我们使用位标志（而不是字符或整数）以节省空间。

老实说，我认为这个措辞有点误导。位标志的好处在于，您可以将int最多 32 个具有 ON/OFF 语义的不同值打包成一个，主要是 32 位长。因此，采用这些选项的函数只需使用一个int即可从调用者那里获取多个选项，因为单个位代表这样的开/关属性。如果该位为 1，则属性为 ON，否则为 OFF。

在合同中，当您不使用位标志时，该函数必须为每个选项采用一个单独的变量，如果您有很多选项，您将需要在函数声明中使用很多变量。因此，如果您改用位标志，则可以“节省空间”。

考虑一下：

// lot's of other has_property_x cases

int somefunc(int has_property_a, int has_property_b, int has_property_c, ...)
{
    if(has_property_a)
        do_something_based_on_a();
    if(has_property_b)
        do_something_based_on_b();
    ....
}

void foo(void)
{
    somefunc(1, 1, 0, 1, 1);
}

这不是很有效，很难阅读，编码很痛苦，总体上不是一个好的设计。

但是，如果您使用位标志，您可以在函数中保存很多变量：

// lot's of other HAS_PROPERTY_X cases

#define HAS_PROPERTY_A 1
#define HAS_PROPERTY_B 2
#define HAS_PROPERTY_C 4
...

int somefunc(int flags)
{
    if(flags & HAS_PROPERTY_A)
        do_something_based_on_a();
    if(flags & HAS_PROPERTY_B)
        do_something_based_on_b();
    ...
}

void foo(void)
{
    somefunc(HAS_PROPERTY_A | HAS_PROPERTY_B | HAS_PROPERTY_E);
}

更加紧凑和可读。

于 2018-03-18T22:24:47.410 回答
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位标志是什么的简要概述

位标志是定义一组某种类型的常量，通常是各种类型的选项。位标志通常定义为十六进制常量，其目的是将位运算符与这些常量一起使用，以便通过使用位运算符从常量的总集合中创建一些子集。

位运算符是|(bitwise Or)、&(bitwise And)、^(bitwise Exclusive Or)和~(bitwise Not)等运算符，它们对两个值逐位执行运算符指定的布尔逻辑运算，生成一个新的价值。位运算符不同于逻辑运算符，例如||（逻辑或）、&&（逻辑与），它们与计算结果为布尔值 true（非零）或 false（零）的表达式一起使用。

define使用 C 预处理器指令创建按位标志的典型定义示例如下：

#define  ITM_FLAG_EXAMPLE1  0x00000001L   // an example bitwise flag
#define  ITM_FLAG_EXAMPLE2  0x00000002L   // another example flag
#define  ITM_FLAG_JUMP01    0x00040000L   // another example
#define  ITM_FLAG_JUMP02    0x00080000L   // another example

此外，现代 C 编译器也将允许使用enum类型。

typedef enum { ITEM_FLAG_1 = 1, ITEM_FLAG_2 = 2, ITEM_FLAG_3 = 4 } ItemType;

ItemType AnItem = ITEM_FLAG_1;    // defining a variable of the type
ItemType AnItem2 = ITEM_FLAG_1 | ITEM_FLAG_2;  // defining a second variable

或者

enum { ITEM_FLAG_1 = 1, ITEM_FLAG_2 = 2, ITEM_FLAG_3 = 4 } ItemType;

enum ItemType AnItem = ITEM_FLAG_1;    // defining a variable of the type
enum ItemType AnItem2 = ITEM_FLAG_1 | ITEM_FLAG_2;  // defining a second variable

以及如何使用这些的一些示例：

unsigned long ulExample = ITM_FLAG_EXAMPLE2;   // ulExample contains 0x00000002L
unsigned long ulExamplex = ITM_FLAG_EXAMPLE1 | ITM_FLAG_EXAMPLE2;  // ulExamplex contains 0x00000003L
unsigned long ulExampley = ulExamplex & ITM_FLAG_EXAMPLE2;  // ulExampley contains 0x00000002L

请参阅这篇博文，介绍真值表和布尔代数，其中描述了各种布尔代数运算以及关于真值表的这个 Wikipedia 主题。

使用位标志的一些注意事项

使用位标志时可能会遇到一些问题，并且需要注意一些事项。

  • 使用位标志定义的常量为零，未设置位，可能会导致问题
  • 与逻辑运算混合的按位运算可能是缺陷区域

通常，使用定义为零而不是非零值的位标志会导致错误。大多数程序员都希望位标志有一个非零值，表示某种集合中的成员资格。定义为零的位标志是一种违反预期的行为，在按位运算中使用时可能会导致意想不到的后果和行为。

当将位标志变量的按位运算与逻辑运算符结合起来时，强制特定运算符优先级的括号通常更容易理解，因为它不需要读者知道C 运算符优先级表。

关于已发布的问题

当提供库时，通常有一个或多个伴随库文件的包含文件，以便提供许多需要的项目。

  • 库提供的函数的函数原型
  • 库使用的类型的变量类型声明和定义
  • 用于控制库函数行为的操作数和标志的特殊常量

位标志是一种为功能接口提供选项的历史悠久的方式。位标志有几个很好的属性，使它们对 C 程序员很有吸引力。

  • 易于通过接口传输的紧凑表示
  • 非常适合布尔代数运算和集合操作
  • 与 C 位运算符自然匹配以执行这些操作

位标志可以节省空间，因为标志的名称可能很长且具有描述性，但可以编译为单个无符号值，例如 unsigned short 或 unsigned long 或 unsigned char。

使用位标志的另一个好处是，当对表达式中的常量使用按位运算符时，大多数现代编译器会将按位运算作为编译表达式的一部分进行计算。因此，现代编译器将在表达式中采用多个按位运算符，例如O_RDONLY | O_WRONLY在编译源代码时执行按位或运算，并将表达式替换为评估表达式的值。

在大多数计算机体系结构中，按位运算符是使用加载数据的寄存器执行的，然后执行按位运算。对于 32 位架构，使用 32 位变量包含一组位自然适合 CPU 寄存器，就像在 64 位架构中一样，使用 32 位或 64 位变量包含一组位自然适合寄存器。这种自然契合允许对相同变量进行多次按位运算，而无需从 CPU 缓存或主内存中进行提取。

C 的位运算符几乎总是具有 CPU 机器指令类似物，因此 C 位运算符具有几乎完全相同的 CPU 操作，因此编译器生成的结果机器代码非常有效。

通过使用unsigned long传递 32 个不同的标志或unsigned long long将 64 个不同的标志传递给函数，可以很容易地看到位标志的紧凑表示。通过使用数组偏移和位标志方法以及一组 C 处理器宏或一组函数来操作数组，unsigned char可以使用数组来传递更多标志。

一些可能的例子

位运算符与用于集合的逻辑运算符非常相似，并且用位标志表示集合效果很好。如果您有一个包含操作数的集合，其中一些不应该与其他一些标志一起使用，那么使用按位运算符和位掩码可以很容易地查看是否指定了两个冲突标志。

#define FLAG_1  0x00000001L     // a required flag if FLAG_2 is specified
#define FLAG_2  0x00001000L     // must not be specified with FLAG_3
#define FLAG_3  0x00002000L     // must not be specified with FLAG_2

int func (unsigned long ulFlags)
{
    // check if both FLAG_2 and FLAG_3 are specified. if so error
    // we do a bitwise And to isolate specific bits and then compare that
    // result with the bitwise Or of the bits for equality. this approach
    // makes sure that a check for both bits is turned on.
    if (ulFlags & (FLAG_2 | FLAG_3) == (FLAG_2 | FLAG_3)) return -1;

    // check to see if either FLAG_1 or FLAG_3 is set we can just do a
    // bitwise And against the two flags and if either one or both are set
    // then the result is non-zero.
    if (ulFlags & (FLAG_1 | FLAG_3)) {
        // do stuff if either or both FLAG_1 and/or FLAG_3 are set
    }

    // check that required option FLAG_1 is specified if FLAG_2 is specified.
    // we are using zero is boolean false and non-zero is boolean true in
    // the following. the ! is the logical Not operator so if FLAG_1 is
    // not set in ulFlags then the expression (ulFlags & FLAG_1) evaluates
    // to zero, False, and the Not operator inverts the False to True or
    // if FLAG_1 is set then (ulFlags & FLAG_1) evaluates to non-zero, True,
    // and the Not operator inverts the True to False. Both sides of the
    // logical And, &&, must evaluate True in order to trigger the return.
    if ((ulFlags & FLAG_2) && ! (ulFlags & FLAG_1)) return -2;
    // other stuff
}

例如，请参阅将 select() 用于非阻塞套接字，以简要概述socket()使用位标志的标准接口和select()函数，以了解使用与位标志可以完成的操作类似的集合操作抽象的示例。这些socket函数允许设置各种特性，例如通过对函数使用位标志来设置非阻塞，fcntl()并且该select()函数具有一组相关的函数/宏（FD_SET()、FD_ZERO()等），它提供了一个抽象来指示哪些套接字句柄是中进行监控select()。我并不是要暗示select()套接字集是位图，尽管在最初的 UNIX 中，我相信它们是位图。然而抽象的设计select()及其相关的实用程序提供了一种可以用位标志实现的集合。

对包含按位标志的变量的评估也可以更快、更容易、更高效、更易读。例如，在使用某些已定义标志调用的函数中：

#define ITEM_FLG_01  0x0001
#define ITEM_FLG_02  0x0002
#define ITEM_FLG_03  0x0101
#define ITEM_FLG_04  0x0108
#define ITEM_FLG_05  0x0200

#define ITEM_FLG_SPL1 (ITEM_FLG_01 | ITEM_FLG_02)

可能会有这样的switch()声明：

switch (bitwiseflags & ITEM_FLG_SPL1) {
    case ITEM_FLG_01 | ITEM_FLG_02:
        // do things if both ITEM_FLG_01 and ITEM_FLG_02 are both set
        break;
    case ITEM_FLG_01:
        // do things if ITEM_FLG_01  is set
        break;
    case ITEM_FLG_02:
        // do things if ITEM_FLG_02 is set
        break;
    default:
        // none of the flags we are looking for are set so error
        return -1;
}

并且您可以使用与上面相同的定义来做一些简短的表达式，例如以下。

// test if bitwiseflags has bit ITEM_FLG_5 set and if so then call function
// doFunc().
(bitwiseflags & ITEM_FLG_5) == ITEM_FLG_5 && doFunc();

附录：用于真正大型位标志集的技术

请参阅此答案，Creating bitflag variables with large amount of flags or how to create large bit-width numbers for a approach for large set, than can fit in a 32 bit or 64 bit variable, of bitflags。

于 2018-03-18T22:12:50.393 回答