C ++中位字段的结构大小未加起来答案

【问题标题】：Size of struct with bit fields in C++ not adding upC ++中位字段的结构大小未加起来
【发布时间】：2021-10-12 03:31:45
【问题描述】：

为什么带有位字段的结构的大小不是我所期望的。

#include <iostream>
using namespace std;

struct test {
    uint8_t x : 4;
    uint16_t y : 8;
    uint16_t z : 8;
};

struct test2 {
    uint8_t x : 4;
    uint16_t y : 10;
    uint16_t z : 10;
};

int main()
{
  cout << sizeof(test) << endl;
  cout << sizeof(test2) << endl;
}

这会打印 4 和 4。我不明白为什么这两个的大小都不是 3。Test 有 4+8+8 位，即 20，Test2 有 4+10+10 位，即 24 位，都小于或等于 24 位/3 字节。我知道如果在测试中我使用uint_8，它将导致大小为 3，但对于我的实际用例，我需要 Test2（4、10、10 位）。为什么会这样，有没有办法把它变成 3 个字节？

【问题讨论】：

考虑这个stackoverflow.com/q/1841863/10901306
熟悉结构填充，以及编译器调整填充的可用选项，例如#pragma pack 或类似结构。
查找“结构填充”。位域的细节略有不同，但原理是相同的。同样，大多数编译器都支持可以控制填充的选项（例如命令行选项或#pragmas）。禁用（或显式控制）填充有许多影响（例如性能，CPU 可能会触发需要处理以使代码正确运行的硬件异常） - 节省空间并不总是如此（特别是对于现代编译器和平台）通过结构填充是有益的。
如果您使用/Wall 编译，某些编译器会在数据成员后添加填充时显示警告

标签： c++ bit-fields

【解决方案1】：

不仅是位域，而且所有结构都由编译器对齐以获得最大效率。如果您想将它们强制为最小大小，您需要使用 gcc 的属性 packed 或您正在使用的编译器中的等效项，如下所示：

#include <iostream>
using namespace std;

struct test {
    uint8_t x : 4;
    uint16_t y : 8;
    uint16_t z : 8;
} __attribute__ ((packed));

struct test2 {
    uint8_t x : 4;
    uint16_t y : 10;
    uint16_t z : 10;
} __attribute__ ((packed));

int main()
{
  cout << sizeof(test) << endl;
  cout << sizeof(test2) << endl;
}

【讨论】：

所以我认为这样的性能会更差？
是的，字段可能未对齐，需要更多 CPU 周期来解决它们。

【解决方案2】：

Data structure alignment 将帮助您解释输出：https://en.wikipedia.org/wiki/Data_structure_alignment

数据结构增加了更多空间，称为填充。您还需要检查您的编译器，因为不同的编译器对结构对齐有不同的默认选项，并且会有不同的输出，例如，在 VS 中，您可以在此处设置：

此外，您可能还想查看#pragma pack：https://docs.microsoft.com/en-us/cpp/preprocessor/pack?redirectedfrom=MSDN&view=msvc-160

【讨论】：

【解决方案3】：

这是为什么

std::uint16_t 在您的系统上大概有 2 的对齐要求。因此，可以放置成员的第一个有效偏移量是第三个字节（偏移量为 2，可被对齐方式整除）。由于在第二个字节（偏移量 1）处没有可以存储的内容，因此它是无用的填充。

有没有办法把它变成 3 个字节？

不，没有将test2 变为 3 个字节的标准方法。对于test，所有成员都可以使用std::uint8_t。

也可能没有必要将其设置为 3 个字节。如果您确实需要精确的位布局，那么对齐不是您唯一关心的问题，因为位域的布局在任何方面都不是标准的。

【讨论】：

【解决方案4】：

#pragma pack( push, 1 )

struct test {
    uint8_t x : 4;
    uint16_t y : 8;
    uint16_t z : 8;
};

struct test2 {
    uint8_t x : 4;
    uint16_t y : 10;
    uint16_t z : 10;
};

#pragma pack( pop )

这将按 1 个字节的对齐方式打包结构。

【讨论】：