如何计算有符号位域的最大支持值？答案

【问题标题】：How to calculate the maximum supported value of a signed bit-field?如何计算有符号位域的最大支持值？
【发布时间】：2013-07-20 07:00:33
【问题描述】：

假设我的项目包含来自第 3 方库的标头，其中包含以下内容：

struct foo {
    signed int x:4;
};

如果不假设位字段的宽度始终为 4，并且不依赖实现定义的行为，我如何确定可以存储在成员 x 中的最大值？

【问题讨论】：

可靠地你只能存储1111。
@GrijeshChauhan：“不假设位字段的宽度始终为 4。”第 3 方开发者可能会在下一个版本中将宽度更改为 5。或者 13. 或者别的什么。当位域的宽度发生变化时，我不希望我的代码中断。
我没有得到 :( , Without assuming that the bit-field will always have width 4 它总是有 4-with 任何编译器......我错过了什么吗？
@GrijeshChauhan：在 3rd 方库的下一版本中，4 可能会更改为 5 或其他内容。
好的，知道了！现在..好问题。但是:(不知道，我觉得只有你可以从第三方库文档中知道这一点。但是如何构建稳定的代码？？仍然是一个问题......

标签： c c99 bit-fields c11

【解决方案1】：

由于无法使用sizeof 计算位域的大小，这可以提供帮助：

#include <stdio.h>

struct foo {
    signed int x: 4;
};

#define BIT(n) (1l << (n))
#define BIT_MASK(len) (BIT(len) - 1)

int main(void)
{
    struct foo f = {0};
    long i = 0;

    while (f.x >= 0) {
        f.x = BIT_MASK(++i);
    }
    printf("bits=%ld max=%ld\n", i, BIT_MASK(i));
    return 0;
}

左移直到f.x 为负数。

编辑：

上面的代码是实现定义的，检查这个，我认为这会工作（但你必须处理BIG ENDIAN）：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

struct foo {
    signed int x: 4;
};

#define BIT(n) (1l << (n))
#define BIT_MASK(len) (BIT(len) - 1)

int main(void)
{
    long x, i = 0;
    struct foo f;

    f.x = -1;
    memcpy(&x, &f, sizeof(f));
    while (1) {
        if (!(x & BIT(++i))) break; 
    }
    printf("bits=%ld max=%ld\n", i, BIT_MASK(i));
    return 0;
}

正如您现在看到的，它不超过 2^(n-1)-1（适用于 long）

【讨论】：

这是一个很好的答案！ David RF，您应该添加一些 cmets 和解释。
OP (@Richard Hansen)：检查此代码是否正常工作@codepad
我相信这依赖于实现定义的行为。一旦BIT_MASK(++i) 超过 2^3-1，则该值超出可表示值的范围。 C99 6.3.1.3p3 表示，如果新类型已签名并且无法在其中表示值，则结果要么是实现定义的，要么会引发实现定义的信号。因此，我不能以可移植的方式依赖该值变为负数（理论上它可能会崩溃，尽管我不知道有任何实现会崩溃）。
@DavidRF：不幸的是，仍然存在实现定义（或未定义）的行为：sizeof(f) 可能大于 sizeof(x)（参见 C99 6.7.2.1p15），f 中的其他位可能不为 0（C99 6.2.6.1p6，我找不到标准对保存位字段的字节中剩余位的值的说明），位字段表示中的位顺序是实现定义的（例如，符号位可能位于值位的中间），并且包含字节内的位分配顺序是实现定义的（C99 6.7.2.1p11）。
@RichardHansen，#pragma pack 在这里有帮助吗？希望你能找到解决办法

【解决方案2】：

基本上你不能。问题与确定INT_MAX 或INT_MIN 相同：因为您无法自己确定这些，编译器实现必须提供这些值。（确定符号位位置的所有操作都具有实现定义（甚至未定义）的行为：溢出、移位运算符）

对于位域，实现不能提供这些值，所以你被卡住了。

这是位域真的不应该是signed 的原因之一。位域用于位操作，仅此而已，符号位就被浪费了。

如果你的字段是unsigned，事情就简单了。您只需将-1 存储在其中，您将获得所有值，即“类型”的最大值。

【讨论】：

【解决方案3】：

如果我要这样做，我会尝试将 -1 加载到它，如果它是 2 的补码表示，那么它将是可以存储的最大正值。以上案例

foo.x = -1; unsigned int max_size = (unsigned int)(foo.x);

一半是无符号最大值，一半+1是有符号最大值

【讨论】：