面试题：C++位域的优化使用

Question

假设你正在开发一个网络协议解析模块，需要处理一些包含多个标志位的数据包。请使用C++位域来定义一个结构体，结构体中要包含5个标志位，分别表示不同的状态，如连接状态、认证状态等，每个标志位占用1位。然后编写一个函数，该函数接受这个结构体指针，根据标志位的状态进行不同的处理，并返回处理结果。解释为什么使用位域比使用单独的布尔变量更优。

Answer 1

#include <iostream>

// 使用位域定义结构体
struct PacketFlags {
    unsigned int connectionStatus : 1;
    unsigned int authenticationStatus : 1;
    unsigned int dataReady : 1;
    unsigned int errorOccurred : 1;
    unsigned int reserved : 1;
};

// 处理函数
int processPacket(PacketFlags* flags) {
    if (flags->connectionStatus) {
        if (flags->authenticationStatus) {
            if (flags->dataReady) {
                // 处理数据
                std::cout << "处理数据" << std::endl;
                return 0;
            } else if (flags->errorOccurred) {
                std::cout << "处理错误" << std::endl;
                return -1;
            }
        } else {
            std::cout << "认证失败" << std::endl;
            return -2;
        }
    } else {
        std::cout << "连接未建立" << std::endl;
        return -3;
    }
    return -4;
}

使用位域比单独布尔变量更优的原因

1. 节省内存：每个标志位只占用1位，而布尔变量通常占用1个字节（8位），在处理大量数据包时，位域能显著减少内存占用。
2. 提高效率：位操作比处理单独变量的操作更加高效，尤其是在处理多个标志位时，位运算可以在一个指令周期内完成多个标志位的检查和修改。