別再用 unsigned char 了，std::byte 才是真愛！

作者：everystep 2024-12-26 07:47:20

想象一下，如果字節是一個演員，那么 std::byte 就是一個純粹的表演藝術家 - 它只專注于做一件事：表示原始的字節數據。

大家好！今天讓我們來聊聊 C++17 中引入的一個有趣的小伙伴 - std::byte！

想象一下，如果字節是一個演員，那么 std::byte 就是一個純粹的表演藝術家 - 它只專注于做一件事：表示原始的字節數據 ?

#include <cstddef>

enum class byte : unsigned char {};  // 就是這么簡單！

為什么需要 std::byte？??

std::byte 與 unsigned char 的關鍵區別：

#include <cstddef>

// unsigned char - 可以進行算術運算 ??
unsigned char old = 42;
old = old + 1;     // 允許，但這對字節操作來說不合理！

// std::byte - 只允許位運算 ?
std::byte modern{42};
// modern = modern + 1;  // 編譯錯誤！
modern = modern | std::byte{1};  // 正確的位運算方式 ?

本質區別：

unsigned char: 被視為數值類型，允許算術運算 ??
std::byte: 純粹的字節容器，只支持位運算 ??
這種限制讓代碼更安全、語義更清晰！??

玩轉 std::byte ??

來看看如何玩轉這個字節小精靈 std::byte 吧！ ??

#include <cstddef>
#include <iostream>
#include <bitset>

int main() {
    // 創建一個神秘字節 ??
    std::byte secret{0b101010};  // 二進制魔法，像變魔術一樣 ?
    
    // 位運算大法 ??
    std::byte mask{0b111000};    // 這是我們的魔法面具
    auto result = secret & mask;  // 變身！ ??
    
    // 揭秘時刻！ ??
    std::cout << "解密結果："
              << std::bitset<8>(std::to_integer<int>(result)) 
              << " ??\n";
}

這段代碼就像在玩魔術 ??：

先準備一個神秘數字 ??
用魔法面具（掩碼）來變形 ??
最后揭曉神奇的結果 ?

就是這么簡單，就像變魔術一樣有趣！ ??

玩轉數字轉換 ??

嘿！想把 std::byte 變成數字嗎？有兩個超酷的魔法咒語 ?：

std::byte magic_byte{42};  // 先來個神秘數字 ??

// 經典魔法 ??♂?
int num1 = std::to_integer<int>(magic_byte);  // 老牌法術，穩如泰山！

// 新式魔法 ?
int num2 = std::to_underlying(magic_byte);     // C++23出品，簡單粗暴！

就這么簡單！兩種方法都能把我們的字節小精靈變成普通數字 ??

to_integer 是老前輩，可靠又穩定 ??
to_underlying 是新秀，代碼更短，用起來更爽 ??

選哪個？看你心情！反正都能幫你完成任務 ??

位運算大魔法秀 ??

來看看 std::byte 的位運算絕活吧！就像變魔術一樣神奇 ?：

std::byte b{0b00001111};  // 我們的魔法師 ??

// 左移仙術 ??
b <<= 1;  // 嗖！數字們向左跑 ??♂?

// 右移神通 ??
b >>= 2;  // 唰！數字們向右溜 ??♀?

// 三大神器 ??
std::byte mask{0b11110000};  // 魔法面具準備！
b |= mask;  // 或運算：兩個數合體 ??
b &= mask;  // 與運算：雙劍合璧 ??
b ^= mask;  // 異或運算：完美變身 ??♂?

就這么簡單！每個運算都像個小魔術 ??，讓字節變來變去，超級好玩！記住：位運算就是 std::byte 的獨門絕技 ??！

實戰小案例：玩轉權限控制 ??

來看個超級實用的例子 - 用 std::byte 玩轉權限控制！就像在玩積木一樣簡單 ??

// 權限小精靈們 ??♂?
enumclass Permissions {
    None = 0,     // 啥也不能干 ??
    Read = 1,     // 可以偷看 ??
    Write = 2,    // 可以寫字 ??
    Execute = 4   // 可以跑起來 ??♂?
};

int main() {
    // 創建一個空權限盒子 ??
    std::byte permissions{0};
    
    // 往盒子里放入權限 ??
    permissions |= std::byte{static_cast<unsignedchar>(Permissions::Read)};   // 放入讀權限
    permissions |= std::byte{static_cast<unsignedchar>(Permissions::Write)};  // 放入寫權限
    
    // 偷偷看看有沒有讀權限 ??
    bool canRead = (permissions & std::byte{static_cast<unsignedchar>(Permissions::Read)}) != std::byte{0};
    std::cout << "能偷看嗎？" << (canRead ? "沒問題！??" : "不行哦～??") << "\n";
}

就是這么簡單！ ??

權限就像積木塊 ??
用 |= 把權限放進盒子 ??
用 & 來檢查權限是否存在 ??

一個字節八個位，就能存八種權限，超級省空間！ ??

記住，std::byte 就像一個專業的雜技演員 - 它只做位運算這一件事，但是做得非常專業！這就是它的美，簡單而純粹 ?

字節數組操作 - 玩轉二進制數據 ??

來看看如何玩轉字節數組，就像在玩積木一樣簡單！ ??

#include <cstddef>
#include <vector>

int main() {
    // 開一個神奇的百寶箱 ??
    std::vector<std::byte> buffer(4);  // 4個格子的魔法盒子
    
    // 放入寶物 ?
    buffer[0] = std::byte{0xFF};  // 第一格放個滿值 ??
    buffer[1] = std::byte{0x00};  // 第二格放個空值 ???
    
    // 檢查寶物 ??
    for(constauto& b : buffer) {
        std::cout << std::to_integer<int>(b) << " ";  // 一個一個數數 ??
    }
}

超簡單的三步走 ??：

準備盒子 ??
放入寶物 ??
查看內容 ??

就這么簡單，字節數組就被你玩轉啦！ ??

與其他類型的轉換 - 變形記 ??

來看看數據類型是如何華麗變身的！ ?

#include <cstddef>
#include <cstring>

int main() {
    // 整數變身魔法 ??
    int number = 12345;                        // 原始數字 ??
    std::byte bytes[sizeof(int)];              // 準備魔法容器 ??
    std::memcpy(&bytes, &number, sizeof(int)); // 變身開始！ ?
    
    // 變身回來 ??
    int restored;                              // 準備還原容器 ??
    std::memcpy(&restored, &bytes, sizeof(int)); // 還原魔法 ??
    
    // 見證奇跡的時刻 ??
    std::cout << "變身前: " << number << " ??\n"
              << "變身后: " << restored << " ??\n";
}

就這么簡單！ ??

memcpy 就是我們的變身魔法棒 ??
字節數組就像是數據的百變衣柜 ??
想變就變，想換就換，超級方便！ ??

記住：這種轉換就像變魔術一樣，要小心使用哦！ ??

std::byte 使用秘笈 ??

來看看使用 std::byte 的超級小貼士! ??

(1) 初始化有講究 ??

std::byte good{42};     // 完美! 像個魔法師一樣優雅 ?
std::byte bad = 42;     // 糟糕! 編譯器會生氣的 ??

(2) 只能位運算哦 ??

std::byte b{0x42};
// b = b + 1;          // 不行!這不是計算器 ??♂?
b |= std::byte{0x01};  // 完美!位運算才是正道 ?

(3) 內存小把戲 ??

std::vector<std::byte> magic(1024);  // 開啟魔法空間 ??
std::fill(magic.begin(), magic.end(), std::byte{0});  // 施展清零術 ?

記住: std::byte 就像個純粹的武林高手 ??

只專注位運算 ??
拒絕算術運算 ??
安全又可靠 ???

就是這么簡單! 一起來玩轉字節世界吧! ??

性能考慮 - 快得飛起 ??

嘿！擔心 std::byte 會拖慢你的程序嗎？放心啦！它輕得像片羽毛 ??

// 這兩行代碼就是最好的保證書 ??
static_assert(sizeof(std::byte) == 1, "std::byte 必須是1字節！");    // 大小剛剛好 ??
static_assert(alignof(std::byte) == 1, "std::byte 對齊要求必須是1！"); // 對齊完美 ?

簡單說就是：

體積小：就一個字節，比螞蟻還小 ??
零開銷：編譯器直接優化，快得像閃電 ?
對齊穩：不會浪費一丁點內存 ??

所以，放心大膽地用吧！它就是性能小超人 ??♂?

總結 ??

std::byte 是現代 C++ 中處理原始字節數據的最佳選擇：

類型安全 ?
語義清晰 ?
零開銷抽象 ?
防止意外的算術運算 ?

記住：當需要處理原始字節時，std::byte 就是你的最佳拍檔！ ??

責任編輯：趙寧寧來源： everystep