为什么代码输出 -1 代替 1

Question

int main ()  
{  
struct bit{  
 char f1:1;  
 char f2:1;  
};  
struct bit b;  
b.f1= 0x1;   
b.f2 = 0x1;   
printf("%d\n",b.f1);  
return 0;  
} 

使用 gcc 编译，代码输出 -1。不应该是1吗？是因为我在一个小端机器上编译吗？

添加：在使用 GDB 进行调试时，我看到初始化结构成员后的值为 -1。即打印前为-1。以下是 GDB 的打印输出：
(gdb) p b
$7 = {f1 = -1 '', f2 = -1 ''}

如果您需要更多调试命令，请告诉我。请提供执行此操作的命令。

Answer 1

位域应该是通常是'unsigned xxxxx'。

[编辑]
原因正是您遇到的；有人以“不寻常”的方式使用位域，得到了他们不应该得到的结果。

位域的意义在于反映一点。有点什么价值观？ 0 和 1（我只是在说普通位，我无法理解量子的东西）。 然而，您已经找到了一种将 -1、0、1 插入到同一个字段中的方法。它必须在某个地方中断。我相信很多位域混淆会导致负位域，因此无符号修饰符可以缓解这种混淆。

当您将位域定义为 int 时，您可以有负值。这就是上述结果的原因。
此外，请参阅 here 了解有关此主题的更详细信息。请注意，这已经在 SO 上重复了无数次，因此搜索“位域无符号”将证明非常有启发性
[/编辑]

对于“R.”，回复：“签名......是实现定义的，但它不能因一个元素而异。”

#include <stdio.h>
int main ()
{
   struct bit{
      char f1:1;
      unsigned char f2:1;
   };
  struct bit b;
  b.f1 = 1;
  b.f2 = 1;
  printf("%d\n",b.f1);
  printf("%d\n",b.f2);
  return 0;
}

产生，作为输出：

-1
1

Answer 2

char 可以是unsigned 或signed 类型，由编译器决定。在您的情况下，它显然是signed，因此当您打印位字段时，编译器会将符号扩展到您的位扩展到的int 的大小。在 2 补码表示中，不应忘记 -1 表示为每个位集 11111111 11111111 11111111 11111111 在 32 位整数上为 -1。当您只有 1 位时，您只能表示 2 个补码中的 2 个值：0 和 1，这是 0 和 -1 的二进制表示。

编辑：这里是 C 标准的实际部分 第 6.2.5 章第 15 节：char、signed char 和 unsigned char 这三种类型统称为字符类型。实现应将 char 定义为与有符号字符或无符号字符具有相同的范围、表示和行为。35

35) limits.h 中定义的 CHAR_MIN 将具有值 0 或 SCHAR_MIN 之一，这可用于区分这两个选项。无论做出何种选择，char 都是与其他两种不同的类型，并且与任何一种都不兼容。

Answer 3

添加到 Skizz 和 tristopia 的正确答案：对于 C99，现代 C 的位字段应该是 signed 或 unsigned int 类型或 bool 类型（又名 _Bool）。某些平台可能允许所有其他类型，但不一定是可移植的。更糟糕的是，即使您将它们指定为纯 int，结果也可能是有符号或无符号的。所以如果你只需要一个标志，最好坚持bool，如果你需要不止一个位，最好坚持unsigned。

Answer 4

上面的解释很棒。 为了使您的程序正常工作，一种可能的解决方案可能是使位字段为 unsigned int 类型。

Answer 5

我相信 KevinDTimm 是正确的 - 位字段通常是 ​​unsigned name:x。

这就是我认为正在发生的事情：处理器从字段的第一位确定符号。 gcc 字符已签名（有一个unsigned char，因此您的代码实际上是：

struct bit 
{
   char f1;
   char f2;
};

每个字符为一个字节（4 位），最高字节表示符号（1=neg,0=pos）。但是由于您的字段是一位，所以这是符号位。你把它设置为负数。

希望这会有所帮助。如有错误请评论，我会改正的。

Answer 6

您的位域是一位宽并且是有符号值。最高位通常表示值的符号，因此，将 1 设置为一位宽的有符号值会设置符号位，以便读取该值会得到 -1。

Answer 7

我不太了解 C。例如，我不知道:1 在char f1:1 中的作用，但我可以通过删除该代码在我的电脑上运行：

#include <stdio.h>

int main ()
{
 struct bit{
  char f1;
  char f2;
 };

 struct bit b;

 b.f1 = 0x1;
 b.f2 = 0x1;
 printf("%d\n",b.f1);
 return 0;
}

下面的输出：

chooper@brooklyn:~/test$ gcc -o foo foo.c
chooper@brooklyn:~/test$ ./foo
1

希望对你有帮助！