编译器如何确定位域结构的大小？答案

【问题标题】：How does compiler determine the size of a bitfield struct?编译器如何确定位域结构的大小？
【发布时间】：2013-09-04 10:22:17
【问题描述】：

例如：

struct a {
    uint32_t    foreColor_ : 32;
    uint32_t    backColor_ : 32;
    uint16_t    lfHeight_ : 16;
    uint16_t    flags_: 4;
    bool    lfBold_: 1;
    bool    lfItalic_: 1;
    bool    lfUnderLine_: 1;
    bool    lfDashLine_: 1; 
    bool    lfStrike_: 1;
    bool    lfSubscript_: 1;
    bool    lfSuperscript_: 1;
};

是 16 个字节，但是

struct a {
    uint32_t    foreColor_ : 32;
    uint32_t    backColor_ : 32;
    uint16_t    lfHeight_ : 16;
    uint8_t     flags_: 4;
    bool    lfBold_: 1;
    bool    lfItalic_: 1;
    bool    lfUnderLine_: 1;
    bool    lfDashLine_: 1; //for ime 
    bool    lfStrike_: 1;
    bool    lfSubscript_: 1;
    bool    lfSuperscript_: 1;
};

长度为 12 个字节。

我认为 flags_ 应该具有相同的长度，但似乎不是。

为什么？

【问题讨论】：

对位字段使用uint32_t 之类的类型是不是有点傻？（一般来说，它们应该只在您需要完全匹配外部格式时使用，即使那样，它们的使用也是值得怀疑的。）

标签： c++ bit-fields

【解决方案1】：

标准（the working draft 的 9.6）是这样说的：

指定一个位域；它的长度从位域名称开始用冒号。位域属性不是类型的一部分班级成员。常量表达式应该是一个整数值大于或等于零的常量表达式。这常量表达式可能大于对象表示（ 3.9 ) 位域的类型；在这种情况下，额外的位被用作填充位并且不参与值表示（ 3.9 ) 的位域。 类对象内的位域分配是实现定义的。位域的对齐是实现定义。位域被打包成一些可寻址的分配单位。 [注：位域跨越分配单元在一些机器，而不是其他人。位域从右到左分配一些机器，在其他机器上从左到右。 ——尾注]

（我的重点）

所以这取决于你的编译器。在您的情况下似乎发生的事情 - 我会描述为相当正常的行为 - 它只是组合相同类型的位域，然后将结构打包到 4 字节边界，所以在第一种情况下我们有：

struct a {
    uint32_t    foreColor_ : 32; // 4 bytes (total)
    uint32_t    backColor_ : 32; // 8 bytes
    uint16_t    lfHeight_ : 16;  // 10 bytes
    uint16_t    flags_: 4;       // 12 bytes
    bool    lfBold_: 1;          // 13 bytes
    bool    lfItalic_: 1;
    bool    lfUnderLine_: 1;
    bool    lfDashLine_: 1; 
    bool    lfStrike_: 1;
    bool    lfSubscript_: 1;
    bool    lfSuperscript_: 1;   // still 13 bytes
};

然后填充到 16 个字节，第二个我们有：

struct a {
    uint32_t    foreColor_ : 32;  // 4 bytes (total)
    uint32_t    backColor_ : 32;  // 8 bytes
    uint16_t    lfHeight_ : 16;   // 10 bytes
    uint8_t     flags_: 4;        // 11 bytes
    bool    lfBold_: 1;           // 12 bytes
    bool    lfItalic_: 1;
    bool    lfUnderLine_: 1;
    bool    lfDashLine_: 1; 
    bool    lfStrike_: 1;
    bool    lfSubscript_: 1;
    bool    lfSuperscript_: 1;    // still 12 bytes
};

不需要填充并保持在 12 个字节。

【讨论】：

它是实现定义的，毫无疑问，但是当他的两个结构具有不同的大小时，它并不能说明实现的质量。
shrug 我认为我使用过的大多数实现都是这样的。它们将组合相似的字段，但不会组合不同的字段。在我检查之前，我实际上认为这就是标准中的定义。
我认为我以前从未见过以这种方式工作的实现。 G++ 肯定不会。

【解决方案2】：

这是特定于编译器的，编译器会进行各种对齐以优化对字段的访问。

如果你想（需要）依赖对齐。（如网络头处理）你需要使用#pragma push, pop。

或者 __ 属性 __(packed) - 这是一个 GCC 扩展。

struct {
...
} __attribute__(packed)

这将强制编译器压缩它。

【讨论】：