C中的位域，其结构包含结构的联合答案

【问题标题】：Bitfields in C with struct containing union of structsC中的位域，其结构包含结构的联合
【发布时间】：2011-02-20 03:52:02
【问题描述】：

嗯...为什么当我打印 sizeof(struct MyStruct) 时，它会为这段代码输出 3（而不是 2）？

#pragma pack(push, 1)
    struct MyStruct
    {
        unsigned char a : 6;
        union
        {
            struct
            {
                unsigned int b : 9;
            };
        };
    };
#pragma pack(pop)

以防万一，我在 Windows 7 x64 上运行 MinGW GCC 4.5.0，但老实说，结果对我来说已经够奇怪了，我认为编译器和操作系统在这里并不重要。 :\

【问题讨论】：

标签： c struct unions bit-fields

【解决方案1】：

您不能让字段以非字节对齐的地址开始。你期待：

6 bits + 9 bits -> 15 bits -> 2 bytes

但你得到的是：

6 bits -> 1 byte
9 bits -> 2 bytes
total ->  3 bytes

数据存储为：

| 1 byte | 2 byte |3 byte | 
 aaaaaaXX bbbbbbbb bXXXXX

你期待的时候：

| 1 byte | 2 byte |
 aaaaaabb bbbbbbbX

编辑：根据以下cmets进行澄清：

联合（和包含的结构）必须是字节对齐的。内容只有 9 位没关系，联合/结构本身就是一个完整的 16 位。请注意，您不能执行以下操作：

struct MyStruct
{
    unsigned char a : 6;
    union
    {
        struct
        {
            unsigned int b : 9;
        } c:9;
    } d:9;
};

因为 C 不允许您指定整个结构的位大小。

【讨论】：

是的，但为什么呢？它们不是字节对齐的位字段的全部意义吗？（并不是说两个相邻的 1 位字段都是字节对齐的，所以这有什么不同呢？）
哈哈，这是一个公平的观点。这真的取决于实现。你的编译器在做什么： struct MyStruct { unsigned char a : 6;无符号整数 b：9； }; ?
它给出了一个 2...（否则位字段不会毫无意义吗？）
是的。 :) 这是因为结构和/或联合。我相信您的编译器要求那些从字节对齐的地址开始。我刚刚尝试过：codepad.org/xWbrGP1g ... 请注意，无论 codepad.org 使用什么编译器，其行为都类似（尽管似乎需要字对齐）。同样，它依赖于实现。澄清一下，结构本身必须占据完整的 int 大小。
嗯，我的意思是，我看到什么发生了对齐，但是问题是“为什么？”还在我脑海里挥之不去。比如，为什么结构应该是字对齐的，如果它有位域？这在任何情况下都有什么好处，或者这只是没有充分理由的任意要求？

【解决方案2】：

补充@nss 给出的答案——我很抱歉，如果 cmets 在格式方面没有受到如此限制，这将是一个评论：

#include <stdlib.h>

struct Test {
  unsigned short x : 6;
  unsigned short y : 1;
  unsigned short z;
};

int main( int argc, char *argv[] ) {
  printf( "sizeof( Test ) = %d\n", sizeof( struct Test ) );

  return 0;
}

它打印“4”作为大小。我用 gcc、g++ 和 Sun Studio 的 CC 和 cc 进行了测试。

并不是我建议你做你想做的事情，但你可能会做你想做的事情。我见过（但不是我自己写的）代码看起来像这样：

struct Test {
  unsigned short x1 : 6;
  unsigned short x2 : 3;
                    : 1; // unused
  unsigned short x3 : 4;
  // ...
};

我的语法可能有点错误……但我不这么认为。

要点：使用您要使用的布局创建两个单独的结构（或一个结构和一个联合），然后在它们应该重叠的地方插入一些虚拟成员，并将它们联合在一起。

【讨论】：