使用联合强制对齐 C 位域答案

【问题标题】：Forcing alignment of C bitfield using a union使用联合强制对齐 C 位域
【发布时间】：2012-02-09 21:04:56
【问题描述】：

我想知道是否可以在 C 中强制位域对齐。使用下面代码中的变量我知道写入 _align_bytes 然后从 bits 读取是未定义的（反之亦然），因为它取决于实现。下面的代码是“说服” bits 连续存储在 unsigned short 大小的东西中的有效方法吗？我相信（减去任何字节序问题）这段代码是正确的......但位域和联合是我最不熟悉的两个 C 主题。

我正在做一个低级微控制器项目，并且想要一种无需大量位掩码即可读取配置位的简单方法。感谢您提供任何提示和建议。

山姆

附：请忽略我对字节顺序所做的任何假设，因为我正在进行的这个项目非常低级，不打算移植到其他设备/平台。

#include <stdio.h>
#include <assert.h>

typedef union packet {
    struct {
        unsigned int bit0  : 1;
        unsigned int bit1  : 1;
        unsigned int bit2  : 1;
        unsigned int bit3  : 1;
        unsigned int bit4  : 1;
        unsigned int bit5  : 1;
        unsigned int bit6  : 1;
        unsigned int bit7  : 1;
        unsigned int bit8  : 1;
        unsigned int bit9  : 1;
        unsigned int bit10 : 1;
        unsigned int bit11 : 1;
        unsigned int bit12 : 1;
        unsigned int bit13 : 1;
        unsigned int bit14 : 1;
        unsigned int bit15 : 1;
    } bits;

    unsigned short _align_bytes;
} packet_t;

int main(int argc, char *argv[]) {

    assert(sizeof(unsigned short) == 2);

    unsigned short data = 0xA05F;
    packet_t *p = (packet_t *)&data;

    printf("%u", p->bits.bit15);
    printf("%u", p->bits.bit14);
    printf("%u", p->bits.bit13);
    printf("%u", p->bits.bit12);
    printf("%u", p->bits.bit11);
    printf("%u", p->bits.bit10);
    printf("%u", p->bits.bit9);
    printf("%u", p->bits.bit8);
    printf("%u", p->bits.bit7);
    printf("%u", p->bits.bit6);
    printf("%u", p->bits.bit5);
    printf("%u", p->bits.bit4);
    printf("%u", p->bits.bit3);
    printf("%u", p->bits.bit2);
    printf("%u", p->bits.bit1);
    printf("%u", p->bits.bit0);

    return 0;
}

【问题讨论】：

据此，是的：stackoverflow.com/q/891471/535275
您应该对bits 和_align_bits 使用相同的类型。如果您的 int 大小不同（例如 sizeof(int) == 4 和 sizeof(short) == 2）并且位域按您不期望的顺序排序，那么您的 bits 可能不会重叠 _align_bits。字节序和位域排序是不同的。
“实现依赖”不是“未定义”。而且由于您使用的是微控制器编译器，这种黑客行为很常见，我认为您很安全。因为，是的，这是强制位域对齐/填充的正常方式。

标签： c struct bit-fields memory-alignment unions

【解决方案1】：

这是一种常见的模式，据我所知，答案是肯定的：位字段将是连续的，并且与 _align_bytes 字段占用相同的内存。这就是工会的全部意义，对吧？查看相同记忆的不同方式。

我不确定“写入 _align_bytes 然后从位读取未定义”是什么意思。我看到的唯一问题是字节序：bit0 可能是 _align_bytes 的 lsb 或 msb。如果你不希望它是便携的，那么你只需要做一个快速测试来确定它是什么，你应该设置好。

【讨论】：

【解决方案2】：

我不确定，但这不会违反strict aliasing rules，因为两个不同类型的指针指向同一个内存位置吗？在 C89 和 C99 中，您不能保证正确返回任何内容。

您可能想要对此进行测试，如果需要，请为您的编译器使用 -fno-strict-aliasing 或类似的东西，以便它禁用可能导致问题的严格别名。

【讨论】：