Указание размера битового поля структуры

#c_sharp #struct

Для удобства работы с числами типа System.Double (float64) мне бы хотелось описать
подобную структуру:

// cpp code
union float64
{
    double x;
    struct
    {
        unsigned long long mant : 52;
        unsigned long long exp  : 11;
        unsigned long long sign : 1;
    };

    float64(double val) { x = val; }
};

float64 f = -4.0;
// f.mant == 0
// f.exp == 1025 (- 1023 == 2)
// f.sign == 1


Иными словами, мне нужна подноготная числа с плавающей точкой, описанная стандартом
IEC 60559:1989 (IEEE 754), в быстром, так сказать, доступе

На C++ это очень легко выразить, оперируя битовыми полями. Однако как сделать подобное
на C# (элегантно), я придумать не смог: использование MarshalAsAttribute.SizeConst
валидно лишь для строк и массивов

Так что единственный вариант, который я пока что вижу, - использование fixed-полей,
из которых потом и будет грузиться нужное мне число. Но данное решение видится мне
немного громоздким...



Можно ли средствами C# указать определенный размер битового поля, и, если да, то
как сие сделать?
    

Ответы

Ответ 1

https://ideone.com/wGW2qq

using System;
using System.Runtime.InteropServices;

[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
struct Float64
{
  public Float64(double x) { ULong = 0; Double = x; }
  public static implicit operator Float64(double x) { return new Float64(x); }
  public static implicit operator double(Float64 x) { return x.Double; }

  [FieldOffset(0)] public double Double;
  [FieldOffset(0)] public ulong  ULong;

  public ulong Mantissa
  {
    get { return ULong & 0xFFFFFFFFFFFFF; }
    set { ULong = ULong & ~0xFFFFFFFFFFFFFULL | value & 0xFFFFFFFFFFFFFULL; }
  }

  public uint Exp
  {
    get { return (uint)((ULong >> 52) & 0x7FF); }
    set { ULong = ULong & 0x800FFFFFFFFFFFFFULL | ((ulong)(value & 0x7FF) << 52); }
  }

  public uint Sign
  {
    get { return (uint)(ULong >> 63); }
    set { ULong = ULong & 0x7FFFFFFFFFFFFFFFULL | ((ulong)value << 63); }
  }
}

public class Test
{
  private static void Print(Float64 x)
  {
    Console.WriteLine("{0,7} {1:X16} s={4} m={2:X13} e={3:X3}", x.Double, x.ULong,
x.Mantissa, x.Exp, x.Sign);
  }

  public static void Main()
  {
    foreach (var d in new double [] { 0,1,-1,2,-2,3,-3,3.25,-3.25 })
      Print(d);

    Float64 x = 1;
    Print(x);
    ++x.Exp; Print(x); // 2
    x.Sign = 1; Print(x); // -2
    x.Mantissa += 1ULL << 51; Print(x); // -3
    --x.Exp; Print(x); // -1.5
  }
}


      0 0000000000000000 s=0 m=0000000000000 e=000
      1 3FF0000000000000 s=0 m=0000000000000 e=3FF
     -1 BFF0000000000000 s=1 m=0000000000000 e=3FF
      2 4000000000000000 s=0 m=0000000000000 e=400
     -2 C000000000000000 s=1 m=0000000000000 e=400
      3 4008000000000000 s=0 m=8000000000000 e=400
     -3 C008000000000000 s=1 m=8000000000000 e=400
   3.25 400A000000000000 s=0 m=A000000000000 e=400
  -3.25 C00A000000000000 s=1 m=A000000000000 e=400
      1 3FF0000000000000 s=0 m=0000000000000 e=3FF
      2 4000000000000000 s=0 m=0000000000000 e=400
     -2 C000000000000000 s=1 m=0000000000000 e=400
     -3 C008000000000000 s=1 m=8000000000000 e=400
   -1.5 BFF8000000000000 s=1 m=8000000000000 e=3FF


Ответ 2

Ещё один вариант, позволяющий обходиться без небезопасного [StructLayout(LayoutKind.Explicit)],
такой:

struct Float64
{
    public Float64(double x) { Double = x; }
    public static implicit operator Float64(double x) { return new Float64(x); }
    public static implicit operator double(Float64 x) { return x.Double; }

    public double Double;
    public ulong ULong
    {
        get => (ulong)BitConverter.DoubleToInt64Bits(Double);
        set => Double = BitConverter.Int64BitsToDouble((long)value);
    }

    ...
}


Остальной код как в ответе @Qwertiy.