C 编译器如何处理位域？答案

【问题标题】：How does C compiler handle bit-field?C 编译器如何处理位域？
【发布时间】：2016-08-28 13:18:35
【问题描述】：

以下bit field 示例代码来自here。它声称更好的存储效率。但是我想知道编译器是如何处理位域的？

我猜 C 编译器必须生成额外的指令以进行按位操作。所以虽然数据量减少了，但代码量却增加了。

任何熟悉 C 编译器的人都可以解释一下吗？

#include <stdio.h>

// A space optimized representation of date
struct date
{
   // d has value between 1 and 31, so 5 bits
   // are sufficient
   unsigned int d: 5;

   // m has value between 1 and 12, so 4 bits
   // are sufficient
   unsigned int m: 4;

   unsigned int y;
};

int main()
{
   printf("Size of date is %d bytes\n", sizeof(struct date));
   struct date dt = {31, 12, 2014};
   printf("Date is %d/%d/%d", dt.d, dt.m, dt.y);
   return 0;
}

【问题讨论】：

你可以查看生成的汇编器来找出答案。
@OliverCharlesworth 感谢您的提醒。我怎么会忘记...
这取决于您的平台（底层硬件架构 + 指定编译器），但通常 - 是的，编译器很可能需要添加按位操作（这通常会导致更大的代码段和/或运行时执行速度较慢）。
@Nuncameesquecideti：在你最喜欢的搜索引擎上寻找C bitfield...
@Nuncameesquecideti：如果我显得粗鲁，我很抱歉，那不是故意的；有人在质疑整个问题的特征参数是否实际上是有效的语法，这让我发笑。

标签： c struct bit-fields

【解决方案1】：

所以虽然数据量减少了，但代码量却增加了。

一般来说，这是正确的：这是更紧凑的存储与更快的访问之间的权衡。

例如，这是我的编译器为您的位域示例中的 printf 语句生成的内容：

    movq    _dt@GOTPCREL(%rip), %rax
    movzwl  (%rax), %edx
    movl    %edx, %esi
    andl    $31, %esi     ; -- extract the 5 bits representing day
    shrl    $5, %edx      ; -+ extract the four bits for the month
    andl    $15, %edx     ; /
    movl    4(%rax), %ecx ; -- year doesn't require any bit manipulation
    leaq    L_.str.1(%rip), %rdi
    xorl    %eax, %eax
    callq   _printf

为了比较，date 时的相同代码是一个简单的struct：

    movq    _dt@GOTPCREL(%rip), %rax
    movl    (%rax), %esi  ; -- day
    movl    4(%rax), %edx ; -- month
    movl    8(%rax), %ecx ; -- year
    leaq    L_.str.1(%rip), %rdi
    xorl    %eax, %eax
    callq   _printf

所有这些当然是特定于编译器和平台的。

【讨论】：

【解决方案2】：

我记得，位字段的文档说这只是一个
对编译器的建议。实施是免费的
选择真正的位或一些效率较低（空间方面）的实现。

位域实际上只是一种使用位的便捷语法。

但事实证明，嵌入式编译器倾向于使用实位域，
因为使用位是嵌入式编程中非常常见的任务。
当然，如果需要，必须使用编译器记录这一点
使用此功能。

关于汇编程序的复杂性，真正的位是有意义的
需要汇编器做更多的工作。

【讨论】：