C中的按位结构编程答案

【问题标题】：Bitwise structure programming in CC中的按位结构编程
【发布时间】：2013-11-07 07:13:10
【问题描述】：

这是如何工作的？

struct {
    int a : 21;
    int b : 11;
};

a 和 b 是两个独立的 int 变量还是使用不同位域的同一个变量？

【问题讨论】：

标签： c bit-fields

【解决方案1】：

这是struct 中的两个独立变量，一个名为a，一个名为b。但是，它们的大小使得 a 应该有 21 位，b 应该有 11 位。访问一个变量并对其进行操作不会影响另一个变量。

希望这会有所帮助！

【讨论】：

谢谢。所以本质上两者都是 32 位整数，但只使用了 21 位 a 和 11 位 b 用于保持其他位未使用？或者编译器是否以某种方式对此进行了优化？人们可能更喜欢使用一个 32 位变量并将其拆分为 21:11 位字段...
@AbhinavChoudhury：是的，其他位将不会使用。即使没有位字段也会发生同样的事情，请考虑声明 struct s { int x; char y; };，它在大多数系统上使用 8 个字节。
@AbhinavChoudhury 它们是 2 个“32 位”（或 16 位，取决于平台）整数，这仅仅是因为系统处理内存的方式。如果你声明 int a:5，CPU 也会存储这个变量是 32 位的（根据系统可能是 16 位），因为它是一个整数并且整数在内存中占用一定的大小（再次依赖于平台，取决于我的system 和 int 的大小为 2 字节，但您的情况不一定如此）。在您的情况下，:21 和 :11 只是限制了您可以分配给此变量的最大值。
顺便说一句。如果你想将它们存储在同一个 32 位寄存器中，你可以这样做（考虑到 int 是 4 字节长的事实）：int ab=a<<11+b.
@DietrichEpp：您基于什么断言将使用两个 32 位实体，而多余的位未使用，而不是将 a 和 b 打包到一个 32 位实体中？ C 标准要求将连续字段打包到实现使用的任何单元中，如果它们完全适合的话。（如果它们不适合，则标准允许将一个字段部分打包在一个单元中，部分打包在下一个单元中，或者保留未使用的位。）

【解决方案2】：

这里的“变量”是什么意思并不完全清楚。如果您的意思是可以获取地址的内存，那么位域不符合描述，因为它们是“可寻址存储单元”的一部分。如果“变量”是指“我可以在其中存储一些值的位集”，那么 a 和 b 看起来就像结构中的任何其他字段。

不过，足够的语义吹毛求疵了。让我们去源头：

C99 standard 中的 ch 6.7.2.1 说：

10 一个实现可以分配任何大的可寻址存储单元足以容纳一个位域。如果有足够的空间，一个位域紧跟在结构中的另一个位域之后应打包到同一单元的相邻位。如果剩余空间不足，是否将不适合的位域放入下一个单元或重叠相邻单元是实现定义的。的顺序一个单元内的位域分配（高阶到低阶或低阶到高阶）是实现定义的。对齐方式可寻址存储单元未指定。

因此，根据编译器选择的“可寻址存储单元”，您的 a 和 b 可能最终位于不同的“存储单元”中，具体取决于编译器的具体情况。

【讨论】：

有点迂腐，C 标准中的内容是“条款”，而不是“章节”（关于您的缩写“ch”）。

【解决方案3】：

它的实现方式取决于系统架构。如果你举一个更直接的例子：

struct x {
  uint8_t a : 2;
  uint8_t b : 3;
};

这里a 和b 可能会共享相同的内存字节，例如：xxxb bbaa（其中 x 未使用）。

我相信对齐和打包的语义是未定义的 - 最好尝试一下！如果您正在做一个多平台项目，请注意不同的硬件（甚至可能是编译器）。

struct x s;
s.a = 3;
s.b = 5;
printf("0x%02X\n", *((char*)&s) );

输出可能是0x03、0x05、0x16 甚至0x25。

我希望看到0x16...

在我看来，在传输位域时，您应该始终手动构建已知状态。

uint8_t buf[];
buf[x] = 0;
buf[x] |= (s.a) & 0x03;
buf[x] |= (s.b << 2) & 0x1C;

【讨论】：