Bit Fields Bahasa C Beserta Penjelasannya

Pada Bahasa C dapat ditentukan nilai ukuran dalam satuan bits dari anggota struct dan union. Tujuan dari penggunaan Bit Field pada Bahasa C adalah menggunakan memori dengan efisien ketika diketahui nilai dari sebuah field atau bidang dari kelompok tertentu, ternyata tidak akan pernah melebihi nilai batasan dari ketentuan alokasi memotri, atau hanya menggunakan ruang memori dalam lingkup skala yang lebih kecil.

Sebelum memahami lebih dalam materi tentang Bit Fields Bahasa C Beserta Penjelasannya, terlebih dahulu pelajari materi tentang: Operasi Pada Variabel Struct Bahasa C, Anggota Structure, Padding, dan Data Packing Bahasa C, dan Struct Hack Bahasa C dan Penjelasannya.

Contoh: Perhatikan deklarasi tanggal berikut tanga menggunakan bit field.

#include <stdio.h>

// Contoh sederhana

// representasi dari struct

// tanggal bahasa C.

struct date {

unsigned int d;

unsigned int m;

unsigned int y;

};

int main()

{

printf("Size of date is %lu bytes\n",

sizeof(struct date));

struct date dt = { 31, 12, 2014 };

printf("Date is %d/%d/%d", dt.d, dt.m, dt.y);

return 0;

}

Output:
Size of date is 12 bytes
Date is 31/12/2014

Pada contoh sebelumnya diperlihatkan representasi dari 'date' yang membutuhkan memori 12 bytes pada sebuah kompilator dimana unsigned int akan mengalokasikan memori sebesar 4 bytes, dan karena telah diketahui nilai dari d akan selalu berada pada rentang nilai 01 dan 31, maka nilai dari m adalah 1 hingga 12. Oleh karena itu, maka dapat dilakukan optimisasi ruang memori menggunakan bit field.

Jika kode program yang sama dibuat menggunakan signed int dan nilai dari field berada di luar jangkauan alokasi bit ke nilai variabel, maka dapat dilakukan beberapa hal seperti contoh berikut.

Contoh:

#include <stdio.h>

// Ruang optimisasi

// representasi dari struct

// tanggal bahasa C.

struct date {

// d memiliki nilai diantara 0

// dan 31, sehingga nilai 5

// bits adalah memadai.

int d : 5;

// m memiliki nilai diantara 0

// dan 15, sehingga nilai 4

// bits adalah memadai.

int m : 4;

int y;

};

int main()

{

printf("Size of date is %lu bytes\n", 

sizeof(struct date));

struct date dt = { 31, 12, 2014 };

printf("Date is %d/%d/%d", dt.d, dt.m, dt.y);

return 0;

}

Output:
Size of date is 8 bytes
Date is -1/-4/2014

Nilai output menjadi nilai negatif. Hal ini karena nilai 31 yang disimpan pada 5 bit signed integer adalah senilai terhadap nilai 11111. Oleh karena itu MSB adalah bernilai 1, atau nilai angka negatif. Oleh karena itu, maka perlu dilakukan kalkulasi 2 komplemen dari angka biner angka aktual yang diselesaikan pada bagian internal memori. Dengan melakukan kalkulasi sebesar 2 komplemen, maka akan didapatkan nilai sebesar 00001, yang senilai dengan angka desimal 1, dan karena angka sebelumnya bernilai negatif maka didapatkan nilai sebesar -1. Hal yang sama juga terjadi pada angka 12, pada kondisi dimana didapatkan 4-bit representasi sebagai nilai 1100, yang kemudian dilakukan kalkulasi sebanyak 2 komplemen sehingga didapatkan nilai sebesar -4.

Beberapa Fakta Tentang Bit Fields pada Bahasa C:

• Sebuah bit field spesial yang tak bernama dari ukuran 0 digunakan untuk memaksa perataan dari batasan selanjutnya.
• Bit fields memiliki sebuah pointer ke anggota bit field yang tidak dimulai pada sebuah batasan btye.
• Bit fields mengimplementasikan definisi ke penandaan diluar dari nilai jangkuan ke sebuah anggota bit field.
• Pada C++, dapat dimiliki anggota static dalam sebuah class atau struct, tetapi bit fields yang dimilikinya tidak dapat dibuat dalam tipe static.
• Array dari bit fields tidak diperbolehkan.

Contoh: perhatikan program berikut.

#include <stdio.h>

// Struct tanpa penentuan

// nilai perataan pada 

// Bahasa C.

struct test1 {

unsigned int x : 5;

unsigned int y : 8;

};

// Struct tanpa penentuan

// nilai perataan pada

// Bahasa C.

struct test2 {

unsigned int x : 5;

unsigned int : 0;

unsigned int y : 8;

};

int main()

{

printf("Size of test1 is %lu bytes\n",

sizeof(struct test1));

printf("Size of test2 is %lu bytes\n",

sizeof(struct test2));

return 0;

}

Output:
Size of test1 is 4 bytes
Size of test2 is 8 bytes

Baca Juga:

• Anggota Array Fleksibel Struct Pada Bahasa C
• Perbedaan Antara Struct dan Union pada Bahasa C
• Perbedaan Struct Bahasa C dan C++
• Anonimus Union dan Struct Bahasa C dan Penjelasannya

Contoh:

#include <stdio.h>

struct test {

unsigned int x : 5;

unsigned int y : 5;

unsigned int z;

};

int main()

{

struct test t;

// Tanpa pemberikan komentar

// akan membuat baris program

// dikompilasi dan dijalankan.

printf("Address of t.x is %p", &t.x);

// Berikut baris kerja program

// yang akan berjalan baik

// sebagai nilai z yang bukan

// merupakan anggota bit

// field.

printf("Address of t.z is %p", &t.z);

return 0;

}

Output:
prog.c: In function 'main':
prog.c:14:1: error: cannot take address of bit-field 'x'
printf("Address of t.x is %p", &t.x);
^

Contoh:

#include <stdio.h>

struct test {

unsigned int x : 2;

unsigned int y : 2;

unsigned int z : 2;

};

int main()

{

struct test t;

t.x = 5;

printf("%d", t.x);

return 0;

}

Implementation-Dependent

Contoh:

// Contoh program C++ ketika

// dikompilasi dan dijalankan

// pada komputer.

struct test1 

{

static unsigned int x;

};

int main() {}

Contoh:

// Namun, pada program C++

// berikut, proses kompilasi

// akan mengalami kegagalan,

// karena nilai bit fields

// tidak bisa dalam bentuk

// static.

struct test1 

{

static unsigned int x : 5;

};

int main() {}

Output:
prog.cpp:5:29: error: static member 'x' cannot be a bit-field
static unsigned int x : 5;

Contoh: Program berikut akan gagal jika dilakukan kompilasi program.

struct test 

{

unsigned int x[10] : 5;

};

int main(){}

Output:
prog.c:3:1: error: bit-field 'x' has invalid type
unsigned int x[10]: 5;
^

Jika kapasitas penyimpanan suatu komputer terbatas, maka dapat digunakan bit-field ketika membuat program untuk efisiensi kapasitas memori pada komputer. Ketika perangkat mengirimkan transmisi status atau informasi encoded ke bit ganda untuk tipe dari situasi bit-field, maka hal tersebut akan membuat komputer dapat bekerja menjadi lebih efisien.

Bit fields adalah salah satu fitur dalam bahasa pemrograman C yang memungkinkan manipulasi data pada tingkat bit. Fitur ini sangat berguna ketika bekerja dengan struktur data yang memerlukan penyimpanan memori secara efisien, seperti pengaturan bendera (flags), protokol jaringan, atau representasi hardware pada sistem yang memiliki sumber daya terbatas. Dengan memanfaatkan bit fields, pengembang dapat mengontrol penggunaan memori secara detail dan menjaga efisiensi dalam pengolahan data.

Pada dasarnya, bit fields adalah bagian dari struktur dalam bahasa C yang memungkinkan alokasi ruang memori dalam satuan bit, bukan byte. Hal ini menjadikan bit fields sebagai solusi ideal untuk mengelola data kecil yang tidak memerlukan keseluruhan ruang memori yang biasanya dialokasikan oleh tipe data standar. Sebagai contoh, data biner seperti status hidup/mati, aktif/nonaktif, atau indikator lainnya dapat diwakili hanya dengan satu bit. Dalam konteks ini, bit fields memungkinkan pengurangan konsumsi memori yang signifikan tanpa mengorbankan fungsionalitas.

Penggunaan bit fields dalam bahasa C dilakukan dengan mendefinisikan struktur yang di dalamnya terdapat anggota dengan ukuran bit tertentu. Ukuran ini didefinisikan langsung dalam deklarasi anggota tersebut, sehingga program dapat menentukan seberapa banyak bit yang akan digunakan untuk menyimpan data. Pendekatan ini memberikan fleksibilitas kepada pengembang untuk menyesuaikan kebutuhan penyimpanan sesuai dengan aplikasi spesifik yang sedang dibuat.

Bit fields sering digunakan dalam sistem tertanam (embedded systems) dan pengembangan perangkat keras, dimana efisiensi memori sangat penting. Sistem-sistem ini sering kali bekerja dengan perangkat yang memiliki kapasitas penyimpanan dan daya komputasi yang terbatas, sehingga optimalisasi menjadi faktor kunci keberhasilan. Bit fields juga mempermudah interaksi dengan hardware yang mengandalkan register atau protokol dengan format data bit tertentu. Dalam kasus seperti ini, pengembang dapat mendefinisikan struktur bit fields yang sesuai dengan format data tersebut, sehingga pengolahan data menjadi lebih intuitif dan mudah dipahami.

Manfaat utama bit fields terletak pada kemampuannya untuk menghemat ruang memori. Sebagai ilustrasi, jika suatu aplikasi membutuhkan penyimpanan beberapa nilai boolean, masing-masing hanya memerlukan satu bit, penggunaan bit fields memungkinkan semua nilai ini ditempatkan dalam satu atau beberapa byte. Hal ini berbeda dengan pendekatan tradisional menggunakan tipe data standar, yang akan mengalokasikan ruang memori jauh lebih besar untuk setiap nilai. Dengan bit fields, pengelolaan data menjadi lebih hemat dan terstruktur.

Selain efisiensi memori, bit fields juga memberikan kejelasan dalam representasi data. Saat mendefinisikan bit fields, setiap anggota diberi nama yang menggambarkan fungsinya. Hal ini tidak hanya membantu dalam dokumentasi kode tetapi juga mempermudah proses debug dan pemeliharaan sistem. Representasi yang jelas ini sangat penting dalam proyek-proyek yang melibatkan tim besar, dimana kolaborasi antar pengembang membutuhkan pemahaman yang sama tentang struktur data yang digunakan.

Namun, ada beberapa keterbatasan dalam penggunaan bit fields yang perlu diperhatikan. Salah satunya adalah kurangnya portabilitas karena cara penyimpanan bit fields dapat bervariasi antara kompilator dan arsitektur perangkat keras. Sebagai contoh, urutan penyimpanan bit (endianness) dan cara kompilator mengelola bit fields dalam memori tidak selalu seragam. Hal ini dapat menyebabkan perbedaan perilaku program ketika dijalankan pada platform yang berbeda. Oleh karena itu, penting untuk memastikan bahwa bit fields digunakan dengan pemahaman mendalam tentang lingkungan pengembangan yang digunakan.

Selain itu, pengelolaan bit fields sering kali melibatkan operasi bitwise, seperti AND, OR, dan shifting, untuk membaca atau memodifikasi data. Operasi ini membutuhkan pemahaman mendalam tentang logika biner agar dapat digunakan secara efektif. Meskipun bit fields memberikan cara yang lebih terstruktur untuk mengelola data bit, operasi bitwise masih diperlukan dalam situasi tertentu untuk mencapai hasil yang diinginkan. Oleh karena itu, pengembang yang menggunakan bit fields juga perlu menguasai konsep-konsep dasar ini.

Dalam praktiknya, penggunaan bit fields dapat diterapkan dalam berbagai kasus. Salah satu contoh umum adalah pengaturan bendera status, dimana bit-bit dalam struktur digunakan untuk merepresentasikan kondisi tertentu. Misalnya, sebuah perangkat keras mungkin memiliki beberapa status seperti aktif, kesalahan, atau siaga, yang masing-masing dapat direpresentasikan oleh satu bit dalam struktur bit fields. Dengan pendekatan ini, pengelolaan status menjadi lebih sederhana dan hemat memori.

Bit fields juga berguna dalam implementasi protokol jaringan. Dalam protokol tertentu, format data sering kali mencakup informasi yang dikodekan dalam bit-bit individu. Dengan menggunakan bit fields, struktur dapat didefinisikan sesuai dengan format protokol tersebut, sehingga proses parsing dan konstruksi data menjadi lebih mudah dan efisien. Kemampuan untuk mencocokkan struktur program dengan format data eksternal adalah salah satu kekuatan utama bit fields dalam pengembangan sistem.

Meskipun begitu, penting untuk mempertimbangkan konteks penggunaan bit fields. Pada aplikasi dimana efisiensi memori tidak menjadi perhatian utama, penggunaan bit fields mungkin tidak memberikan keuntungan signifikan dibandingkan pendekatan tradisional. Selain itu, kompleksitas tambahan yang mungkin timbul akibat operasi bitwise dan potensi ketidakcocokan antar platform dapat menjadi pertimbangan yang perlu diperhatikan.

Dalam keseluruhan, bit fields adalah fitur yang kuat dalam bahasa C yang memungkinkan pengelolaan data pada tingkat bit dengan efisiensi dan kejelasan. Dengan memahami konsep dan batasannya, bit fields dapat digunakan untuk menciptakan aplikasi yang optimal, terutama dalam lingkungan dengan sumber daya terbatas. Fitur ini memberikan fleksibilitas dan kontrol kepada pengembang, menjadikannya alat yang berharga dalam pengembangan perangkat lunak yang efisien dan terstruktur.

Referensi Tambahan:

• Compound Literals Bahasa C Beserta Penjelasannya
• Pengurutan Struct Bahasa C Beserta Contoh Programnya
• Layout Memori Bahasa C dan Penjelasannya
• Dealokasi Memori Bahasa C Tanpa Menggunakan free()
• Perbedaan malloc() dan calloc() Bahasa C
• Fungsi free() Bahasa C untuk Mengetahui Ukuran Memori yang Dealokasi
• Penggunaan realloc() Bahasa C dan Penjelasannya

Artikel ini akan dibaca oleh: Diska Choirunnisa, Dwi Setyawan, Erlinda Suastika Dewi, Faizal Rifqi Pujaka, dan Fanny Raka Satria.

Location: Kota Semarang, Jawa Tengah, Indonesia

Berbagi :