为什么这个 typedef 给出的 sizeof() 值比预期的大？答案

【问题标题】：Why does this typedef give a sizeof() value larger than expected?为什么这个 typedef 给出的 sizeof() 值比预期的大？
【发布时间】：2015-10-07 21:14:40
【问题描述】：

我使用这种形式的 typedef 来简化对微处理器寄存器和其中位字段的访问。

  typedef union
  {
     uint8_t        u8Byte;           ///< REG_8 as unsigned byte
     int8_t         i8Byte;           ///< REG_8 as signed byte
     struct
     {
        unsigned b0:1;                ///< Bit 0 of REG_8 type
        unsigned b1:1;                ///< Bit 1 of REG_8 type
        unsigned b2:1;                ///< Bit 2 of REG_8 type
        unsigned b3:1;                ///< Bit 3 of REG_8 type
        unsigned b4:1;                ///< Bit 4 of REG_8 type
        unsigned b5:1;                ///< Bit 5 of REG_8 type
        unsigned b6:1;                ///< Bit 6 of REG_8 type
        unsigned b7:1;                ///< Bit 7 of REG_8 type
     };
  } REG_8;

不幸的是，sizeof(REG_8) 返回 2 而不是预期的 1。REG_16 和 REG_32 的类似定义返回大小为 2 和 4，正如预期的那样。 sizeof(uint8_t) 和 sizeof(int8_t) 按预期返回 1。

该类型按预期工作。例如，

REG_8  a;
a.u8Byte = 4;

将a.b2 的值设为1，因此不存在对齐问题。

删除 struct 后，sizeof 的值为 1，因此看起来存在填充问题，但如果是，为什么？

谁能解释一下？我正在使用针对 16 位处理器的 Microchip XC16 编译器（基于 GCC）。

【问题讨论】：

我的猜测是，由于严格的数据对齐寻址，您的 16 位机器将为您的一字节联合使用 1 字节填充。这是一个猜测，因为我不熟悉机器/编译器。
@IanGabes 在这台 16 位机器上，字确实需要在偶数地址上对齐，但是机器可以访问任何地址的字节（即，没有对齐要求）

标签： struct sizeof unions bit-fields xc16

【解决方案1】：

可能 sizeof(unsigned)=2 在您的机器上，因此任何“无符号”位字段至少占用 2 个字节。用 uint8_t 替换 unsigned 应该会使 sizeof(REG_8) 变为 1。

另请参阅此问题： How is the size of a struct with Bit Fields determined/measured?

【讨论】：

sizeof(unsigned) 为 2，但 :1 限定符不是为结构成员覆盖它吗？此外，如果 b7 成员获得 2 个字节，那么联合不应该增长到 3 个字节（2 + 7/8 向上舍入）吗？
每个结构成员将占用 1 位无符号数。（我不明白您评论的第二部分 - 您将如何声明 b7？）
如果声明无符号 b7:16，则结构需要两个无符号，因此大小应为 4
我的愚蠢 - 我假设无符号 b7 的 LSB 将代表它的价值。请忽略！

【解决方案2】：

似乎@twin 的想法是正确的，尽管我也找到了另一种解决方案。提供预期 sizeof(REG_8) == 1 的两个替代方案是：

  typedef union
  {
     uint8_t        u8Byte;           ///< REG_8 as unsigned byte
     int8_t         i8Byte;           ///< REG_8 as signed byte
     struct
     {
        unsigned b0:1;                ///< Bit 0 of REG_8 type
        unsigned b1:1;                ///< Bit 1 of REG_8 type
        unsigned b2:1;                ///< Bit 2 of REG_8 type
        unsigned b3:1;                ///< Bit 3 of REG_8 type
        unsigned b4:1;                ///< Bit 4 of REG_8 type
        unsigned b5:1;                ///< Bit 5 of REG_8 type
        unsigned b6:1;                ///< Bit 6 of REG_8 type
        unsigned b7:1;                ///< Bit 7 of REG_8 type
     } __attribute__((packed));
  } REG_8;

...或...

  typedef union
  {
     uint8_t        u8Byte;           ///< REG_8 as unsigned byte
     int8_t         i8Byte;           ///< REG_8 as signed byte
     struct
     {
        uint8_t b0:1;                ///< Bit 0 of REG_8 type
        uint8_t b1:1;                ///< Bit 1 of REG_8 type
        uint8_t b2:1;                ///< Bit 2 of REG_8 type
        uint8_t b3:1;                ///< Bit 3 of REG_8 type
        uint8_t b4:1;                ///< Bit 4 of REG_8 type
        uint8_t b5:1;                ///< Bit 5 of REG_8 type
        uint8_t b6:1;                ///< Bit 6 of REG_8 type
        uint8_t b7:1;                ///< Bit 7 of REG_8 type
     };
  } REG_8;

【讨论】：