强制结构中枚举字段的大小

Question

[注意：这与 Specifying size of enum type in C 和 What is the size of an enum in C? 有关，但在这些问题中，问题是如何最小化封闭结构的大小。在这里，我们要指定结构的各个成员的大小，但仍然获得 typedef 枚举的文档优势]

我正在实现串行通信协议的客户端。我想使用 C 结构来捕获串行数据包的格式，我想使用 C 枚举来定义数据包中各个插槽的合法值。

我没有看到两种方法都可以，但由于我使用的是 GCC，所以可能有可能。

作为问题的假设示例，假设我收到的数据包如下所示：

typedef struct {
  uint16_t appliance_type;
  uint8_t voltage;
  uint16_t crc;
} __attribute__((__packed__)) appliance_t;

这很清楚，我很确定我会得到一个 5 个字节长的结构。但它没有捕捉到appliance_type 和voltage 只能采用某些值的事实。

我更喜欢这样的……

typedef enum {
  kRefrigerator = 600,
  kToaster = 700,
  kBlender = 800
} appliance_type_t;

typedef enum {
  k120vac = 0,
  k240vac = 1,
  k12vdc = 2
} voltage_t;

typedef struct {
  appliance_type_t appliance_type;
  voltage_t voltage;
  uint16_t crc;
} appliance_t;

...但据我所知，无法指定 Appliance_type_t 为 16 位，而 voltage_t 为 8 位。

有没有办法让我的蛋糕也吃掉？

更新：

我需要明确指出，我不希望编译器将枚举值强制为各个字段的设置器！相反，我发现 typedef 的枚举对于代码的维护者来说是一个有用的构造，因为它明确了预期的值是什么。

注意：当我对此进行研究时，我注意到 GCC 枚举接受 __attribute__ 规范，但我不确定这是否有帮助。

Answer 1

这样做的一种方法是将位字段与结构中成员的定义一起使用。

所以你的结构是 -

typedef struct {
    appliance_type_t appliance_type:16;
    voltage_t voltage:8;
    uint16_t crc;
} appliance_t;

但这会在电压字段之后留下一个填充（虽然取决于编译器的实现）。打包属性应该可以帮助您。

Answer 2

我建议您将“原始数据”与抽象分开。例如：

typedef struct {
  uint16_t type;
  uint8_t  voltage;
  uint16_t crc;
} __attribute__((__packed__)) raw_data_t;

typedef struct {
  appliance_type_t type;
  voltage_t voltage;
  uint16_t crc;
} appliance_t;

inline appliance_t raw_data_to_appliance (const raw_data_t* raw)
{
  appliance_t app =
  {
    .type    = (appliance_type_t)raw->type,
    .voltage = (voltage_t)raw->voltage,
    .crc     = raw->crc,
  };
  return app;
}

这不应该产生太多的开销代码。另见How to create type safe enums?

Answer 3

所以我知道当你声明一个枚举时，你无法控制它的大小和 in

typedef struct {
  appliance_type_t appliance_type;
  voltage_t voltage;
  uint16_t crc;
} appliance_t;

你想要例如voltage_t voltage 具有特定的大小，比如说uint8_t，但您无法指定。

我不知道您是否可以对枚举提供大小限制，但您可以使用两种机制。在这两种机制中，您都将 unit8_t voltage 指定为结构的成员：

typedef struct {
  uint8_t appliance_type;
  uint8_t voltage;
  uint16_t crc;
} appliance_t;

方法 1 使用普通的旧 #defines。您只需#define 值并在赋值中使用符号常量：

#define k120vac 0
appliance.voltage= k120vac;

在方法 2 中，您有枚举，但仍然声明了您想要的大小的成员。现在您可以将枚举值分配给成员，例如：

appliance.voltage= k120vac;

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注意：我运行了我的简单测试（VC2008）并且还使用voltage_t voltage; 声明，您可以执行appliance.voltage= kToaster; 所以甚至没有给编译器“枚举类型安全”（仅检查域中的值被分配/使用），所以不即使是我展示的两种方法也丢失了。

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又做了一些测试：

unsigned char x = k12vdc;    // <== OK
unsigned char y = kToaster;  // <== warning: truncation of int to unsigned char

所以编译器在赋值时似乎使用了枚举值的最小类型。

似乎没有与枚举本身相关的大小，只有它的各个值。重新定义 k12vdc= 2000 现在还会对分配 x= k12vdc 发出警告，但不会对 x=k120vac 发出警告。

现在，鉴于编译器 (VC2008) 不强制枚举类型安全，并且您无法控制枚举类型的变量或成员的大小，声明变量或成员似乎没有用枚举类型，但可能出于文档目的。枚举类型的变量/成员将是 int 的大小，如下例所示：

appliance_type_t a;
voltage_t v;
printf("sizeof appliance_type_t= %d\n", sizeof(a));  // prints '4'
printf("sizeof voltage_t= %d\n", sizeof(v));         // prints '4'