Capitolul 7

Tipurile enumerare, "typedef", si operatori pentru biti

7.1 Tipurile enumerare

Pentru declararea tipurilor enumerare se foloseste cuvantul rezervat "enum". Acesta va implica denumirea multimii, enumerarea elementelor (numite enumeratori), ca elemente ale multimii.

Exemplu:

enum zile {luni, marti, miercuri, joi, vineri, sambata, duminica};
Aceasta declaratie creeaza tipul utilizator "enum zile". Cuvantul rezervat "enum" este urmat de identificatorul "zile". Enumeratorii sunt identificatorii luni, marti, ... . Acestea sunt constante de tip "int". Prin conventie, primul este 0, si apoi restul sunt incrementati. Declararea variabilelor de tip "enum zile" se face astfel:
enum zile zi1, zi2;
Variabilele "zi1" si "zi2" pot lua ca valori elemente ale acestui tip. De exemplu,
zi1 = miercuri;
va asigna variabilei "zi1" valoarea miercuri. Instructiunea
if (zi1 == zi2)
{
...
}
va testa daca valoarea variabilei "zi1" este egala cu valoarea variabilei "zi2".
Enumeratorii pot fi initializati. De asemeni, putem declara variabilele in timpul definirii tipului "enum".

Exemplu:

enum carti {trefla = 1, caro, frunza, inima} a, b, c;
Din moment ce "trefla" este initializata cu 1, rezulta ca "caro", "frunza" si "inima" sunt initializate cu 2, 3, respectiv 4.

Exemplu:

enum fructe {mere = 7, pere, portocale = 3, lamai} nr_frct;
Este clar ca "pere" va fi initializat cu 8, iar "lamai" cu 4.
Numele tipului enumerare poate lipsi, insa atunci nu mai putem declara alte variabile de acel tip.

Exemplu:

enum {plop, molid, brad} copaci;
Singura variabila de tip "enum {plop, molid, brad}" este copaci (nu se mai poate declara alta).

7.2 Folosirea lui "typedef"

C pune la dispozitie facilitatea "typedef" pentru redenumirea tipurilor deja existente.

Exemplu: typedef int culoare; culoare rosu, verde, albastru. Acesta defineste tipul "culoare" ca fiind un sinonim al lui "int". Apoi declaram trei variabile de tipul "culoare".

Exemplu:

Vom ilustra folosirea lui "typedef" pentru un tip enumerare (creand o functie ce returneaza ziua urmatoare).

enum zile {duminica, luni, marti, miercuri, joi, vineri, sambata};
typedef enum zile zi;

zi gaseste_ziua_urmatoare(zi z)
{
zi ziua_urmatoare;

switch(z)
{
case duminica:
ziua_urmatoare = luni;
break;
case luni:
ziua_urmatoare = marti;
break;
...
case sambata:
ziua_urmatoare = duminica;
break;
}
return ziua_urmatoare;
}
O alta versiune (mai succinta) folosind "cast" este:

enum zile {duminica, luni, marti, miercuri, joi, vineri, sambata};
typedef enum zile zi;

zi gaseste_urmatoarea_zi(zi z)
{
return ((zi)(((int) z + 1) % 7));
}

7.3 Expresii si operatori pe biti

Operatorii pe biti lucreaza cu expresii integrale reprezentate ca siruri de cifre binare. Acesti operatori sunt dependenti de sistem.
Operatorii pe biti sunt:

Operatori logici

1. Complement pe bit (unar): ~
2. Si pe bit : &
3. Sau exclusiv pe bit : ^
4. Sau inclusiv pe bit : |

Operatori de deplasare

1. Deplasare stanga : <<
2. Deplasare dreapta : >>
Ca si ceilalti operatori, operatorii pe biti au reguli de precedenta si asociativitate care determina precis cum se evalueaza expresiile ce contin astfel de operatori. Operatorul ~ este unar, restul operatorilor sunt binari si lucreaza cu tipuri integrale.

7.4 Complement pe bit

Operatorul ~ se numeste operator de complement (sau operator de complement pe bit). Acesta inverseaza reprezentarea sirului pe biti, adica 0 devine 1 si 1 devine 0.

Exemplu: Fie declaratia

int a = 5171;
Reprezentarea binara a lui a este:
00010100 00110011
Expresia ~a este:
11101011 11001100
Aceasta are valoarea intreaga - 5172.

7.5 Complement fata de doi

Reprezentarea complementului fata de doi a unui numar natural este un sir de biti obtinut prin complementarierea scrierii lui n in baza 2. Considerand complementul pe biti al lui n la care adunam 1, obtinem reprezentarea complementului fata de doi a lui -n.
O masina care utilizeaza reprezentarea complementului fata de doi ca reprezentare binara in memorie pentru valori integrale se numeste masina complement fata de doi. Reprezentarile complement fata de doi ale lui 0 si -1 sunt speciale. Astfel valoarea 0 are toti bitii "off", pe cand valoarea -1 are toti bitii "on". Numerele negative sunt caracterizate prin aceea ca au bitul cel mai semnificativ 1. Pe masinile care utilizeaza complementul fata de doi, hard-ul permite implementarea scaderii ca o adunare si un complement pe biti. Operatia a - b este aceeasi cu a + (-b), unde -b se obtine considerand complementul pe biti al lui b la care adunam 1.

7.6 Operatori logici binari pe biti

Cei trei operatori & (si), ^ (sau exclusiv) si | (sau inclusiv) sunt binari si au operanzi integrali. Operanzii sunt operati bit cu bit. Tabelul de mai jos contine semantica lor:

Exemplu: Presupunem ca avem declaratiile si initializarile

int a = 3333, b = 7777;

7.7 Operatori de deplasare stanga si dreapta

Cei doi operanzi ai unui operator de deplasare trebuie sa fie expresii integrale. Tipul returnat de expresie este dat de operandul din stanga. O expresie de forma expresie1 << expresie2 implica reprezentarea pe bit a lui "expresie1" sa fie deplasata catre stanga cu un numar de pozitii specificat de "expresie2". In capatul din dreapta, vor fi adaugate 0-uri.

Exemplu: char c = 'Z';

Chiar daca valoarea lui "c" se memoreaza pe un octet, intr-o expresie aceasta ia tipul "int". Deci valoarea expresiilor "c << 1", "c << 4" si "c << 15" se memoreaza pe doi octeti.
Operatorul de deplasare la dreapta ">>" nu este chiar simetric cu "<<". Pentru expresiile integrale fara semn, din stanga se va deplasa 0, iar pentru cele cu semn 1.

Exemplu:

Presupunem ca avem declaratiile:
int a = 1 << 15;
unsigned b = 1 << 15;

Ca valoare intreaga, a >> 3 este -4096, iar b >> 3 este 4096, lucru care este in concordanta cu notiunea de numar negativ si pozitiv din matematica.
Daca operandul din dreapta a operatorului de deplasare este negativ sau are o valoare care este egala sau depaseste numarul de biti folositi pentru reprezentarea operandului din stanga, atunci comportarea este nedefinita.
Tabelul de mai jos ilustreaza regulile de precedenta (+ este mai prioritar) si asociativitate (de la stanga la dreapta) referitoare la operatorii de deplasare.

Exemplu: Presupunem ca avem: unsigned a = 1, b = 2;

7.8 Masti

O "masca" este o constanta sau variabila folosita pentru extragerea bitilor doriti dintr-o alta variabila sau expresie. Din moment ce constanta "int" 1 are reprezentarea pe biti:
00000000 00000001
aceasta poate fi folosita pentru determinarea bitului cel mai nesemnificativ dintr-o expresie "int". Codul de mai jos foloseste aceasta masca si tipareste o secventa alternativa de 0 si 1:
int i, masca = 1;
for (i = 0; i < 10; ++ i)
printf("%d", i & masca);
Daca dorim sa gasim valoarea unui anume bit dintr-o expresie, putem folosi o masca care este 1 in acea pozitie si 0 in rest.

Exemplu:

Putem folosi expresia 1 << 2 pentru a vedea al treilea bit (numarand de la dreapta). Expresia (v & (1 << 2)) ? 1 : 0 are valoarea 1 sau 0 dupa cum este al treilea bit din "v".
Alt exemplu de masca este valoarea constanta 255 (adica 2^8 -1). Ea are reprezentarea 00000000 11111111
Deoarece doar octetul din dreapta este plasat pe "on", atunci expresia v & 255 va intoarce o valoare ce are reprezentare pe biti cu toti bitii din octetul din stanga "off" si cel din dreapta identic cu octetul din dreapta a lui "v". Spunem ca 255 este o masca pentru octetul din dreapta.

7.9 Un program de impachetare si despachetare a cuvintelor

Stim ca un caracter se memoreaza pe un octet, pe cand un intreg pe doi octeti. Folosind operatorii de deplasare, putem comprima doua caractere intr-un intreg.

#include
#include
#include

void bit_print(int a)
{
int i;
int n = sizeof(int) * CHAR_BIT;
int masca = 1 << (n-1);

for (i = 1; i <= n; ++i)
{
putchar(((a & masca) == 0) ? '0' : '1');
a <<= 1;
if (i % CHAR_BIT == 0 && i < n)
putchar(' ');
}
}

int pack(char a, char b)
{
int p = a;
p = (p << CHAR_BIT) | b;
return p;
}

char unpack(int p, int k) /* k = 0, 1 */
{
int n = k * CHAR_BIT; /* n = 0, 8 */
unsigned masca = 255;

masca <<= n;
return((p & masca) >> n);
}

void main()
{
clrscr();
bit_print(65);
printf("\nab = ");
bit_print(pack('a', 'b'));
putchar('\n');
getch();
printf("Numarul 24930 este impachetarea caracterelor %c si %c",
unpack(24930,1), unpack(24930,0));
getch();
}

7.10 Litere mari -> litere mici

Reluam un exemplu dintr-un capitol precedent si anume transformarea literelor mari in mici folosind operatori de deplasare.

#include
#include
#include

void main()
{
clrscr();
int c;
while ((c = getchar()) != EOF)
{
if (isupper(c)) // sau (c>='A' && c<='Z')
putchar(c | (1 << 5));
else
putchar(c);
}
}