複数の数値データを圧縮してバイト数を減らしたい

Question

C言語で複数の数値データを圧縮してバイト数を減らすことを考えています。
例えば、6bit(0-63)のデータ4つを3byteのデータとして送信する場合、
以下のような方法が考えられます。

//数値データ
int data[4] = {10, 20, 40, 60};
uint8_t compData[3] = {0};

comData[0]  = data[0] << 2 | data[1] >> 4;

comData[1]  = data[1] << 4 | data[2] >> 2;

comData[2]  = data[2] << 6 | data[3];

既存のライブラリや、より簡単な方法があれば教えて頂きたく。

*失礼しました。上記だとuint32_tのデータに入れればよいという事になりそうですが、
よりデータ量が多い場合に対処する方法があるかを把握したいです。
現在直面している課題は合計10以上の異なるbit数からなる全128bitのデータを
16byteにまとめたいと考えています。

例えば1Byteデータを16個並べた型をtypedefで生成して、
その型に各データをbitシフトするという方法がとれるなら多少楽になるかと思いましたが、
16byteの型というものは生成可能なのでしょうか。

Comments

[pepperleaf]

> 128bitのデータを16byte
16x8 -> 128 じゃないですか?
> 異なるbit数からなる
アセンブラレベルまで考えれば、あるかもしれませんが、Cとかだと難してのでは? と思います。

[YOshim]

>16x8 -> 128 じゃないですか?
そうなんですが、
一つ一つのデータが8bitきっかりではなく、例えば6bitだったり、20bitだったりとバラバラです。
それらをまとめるための簡単な方法があるのかを知りたいです。

やはりCだとビットシフトで手間加えないと厳しいのでしょうか。

[pepperleaf]

データサイスが固定長だったら、ビットフィールドを使えば、簡便なアクセスはできると思いますが、それ以外だとちょっと思いつきません

[YOshim]

ありがとうございます。もう少し模索します。

Answer 1

ビットの配置がどのようになるかまで制御したいのであればそれはもう自分で書くしか仕方がないことだと思います。 何かを諦めるのであれば取れる選択肢はいくつか考えられます。

汎用性を考えなければビットフィールドを使うのが簡単ではあるでしょう。 ただし、ビットフィールドがデータをどのようにレイアウトするかは言語仕様で決まっていません。 送信側と受信側が同じ処理系・同じ環境で実装されていなければ通信は失敗するかもしれません。 また、詰め物なしでレイアウトされるとは限らないので期待するように情報の圧縮にならないかもしれません。

使う処理系が固定されていて、またプログラマがその振る舞いをよく把握できているのであればビットフィールドは間違いなく楽な選択肢ではあります。

他には Protocol Buffers のようなツールを活用するという方法も考えられます。 言語処理系ではなく Protocol Buffers の仕様によってエンコード方式が統一されるので、お互いに Protocol Buffers を用いて通信する分には齟齬が起きることはありません。 しかしながら、これもまた 1 ビットをギリギリまで節約するようなデザインのものではないですし、具体的なビットのレイアウトをユーザが制御することを意図したものではありません。

Answer 2

ビットフィールド構造体・共用体が利用できる可能性があります。

#pragma pack(push)
#pragma pack(1)
typedef struct {
    int w : 6;
    int x : 6;
    int y : 6;
    int z : 6;
} WXYZ;
#pragma pack(pop)

// sizeof(WXYZ) => 3

パディング弄ってるので環境依存ですが
合計128bitならば(環境次第ですが)多分#pragma pack不要なはずです。