位域的二进制“批量”序列化

Question

我的对象具有许多布尔属性，因此我使用位域将属性压缩得更紧凑。 我还希望能够以一种紧凑的方式序列化和反序列化这些属性，例如，不是逐字段进行序列化，而是对包含这些域的64位uint进行序列化和反序列化。 这种方式不仅速度更快（例如避免所有移位和填充），而且内存效率提高了8倍。

但是，我读到该标准不能保证位域实现在不同平台上是统一的。 我可以期望位域容器的“批量”二进制序列化将在整个平台上产生一致的结果吗？ 还是在使用属性时进行手动移位和屏蔽会更安全，以便可以进行批量序列化和反序列化？

Answer 1

您可以看一下std :: bitset ：

它提供了定义明确的函数，可将您的位转换为unsigned long long ，并从存储的unsigned long long创建位集 。 定义位集中的第一位是ullong表示的最低有效位。

这样您就可以拥有以下内容：

 std::bitset<N> bits;
 unsigned long long val = bits.to_ullong();
 // serialize your ullong value
 // load ullong from serialized data
 unsigned long long val2 = ...;
 std::bitset<N> newBits(val2);

因此，只要您的序列化可以正确unsigned long long正确地加载/存储unsigned long long ，您就可以进行了。

唯一的问题是，当您的位域对于unsigned long long太大时。 在这种情况下，标准没有提供提取位域的简单方法。

Answer 2

一种可能是使用ASN.1通过BIT STRING处理此问题。 它以独立于本地表示的方式精确定义了序列化。 这样，无论本地平台是big-endian还是little-endian，它在各个平台上都可以保持一致。 您可以在http://asn1-playground.oss.com上使用免费的在线ASN.1编译器和编码器/解码器，以查看生成的序列化。

ASN.1还允许您为每个位赋予一个“名称”，以便您可以轻松地设置或检查位字符串中的每个命名位。

Answer 3

平台字节序的变化表明任何此类序列化都是不可移植的。 基于此我想说，您不能期望位域容器的批量二进制序列化在各个平台之间是一致的。

解决方案必须考虑到位排序并根据平台进行校正。

Answer 4

这可能会对您有所帮助，这只是各种序列化类型的一个小例子。 我添加了位集和原始位值，可以像下面这样使用。

（所有示例位于https://github.com/goblinhack/simple-c-plus-plus-serializer ）

class BitsetClass {
public:
    std::bitset<1> a;
    std::bitset<2> b;
    std::bitset<3> c;

    unsigned int d:1; // need c++20 for default initializers for bitfields
    unsigned int e:2;
    unsigned int f:3;
    BitsetClass(void) { d = 0; e = 0; f = 0; }

    friend std::ostream& operator<<(std::ostream &out,
                                    Bits<const class BitsetClass & > const m
    {
        out << bits(my.t.a);
        out << bits(my.t.b);
        out << bits(my.t.c);

        std::bitset<6> s(my.t.d | my.t.e << 1 | my.t.f << 3);
        out << bits(s);

        return (out);
    }

    friend std::istream& operator>>(std::istream &in,
                                    Bits<class BitsetClass &> my)
    {
        std::bitset<1> a;
        in >> bits(a);
        my.t.a = a;

        in >> bits(my.t.b);
        in >> bits(my.t.c);
        std::bitset<6> s;
        in >> bits(s);

        unsigned long raw_bits = static_cast<unsigned long>(s.to_ulong());
        my.t.d = raw_bits & 0b000001;
        my.t.e = (raw_bits & 0b000110) >> 1;
        my.t.f = (raw_bits & 0b111000) >> 3;

        return (in);
    }
};