如何在不违反 MISRA 规则的情况下将位域变量分配给 uint8_t 变量？答案

【问题标题】：How to assign bitfield variable to uint8_t variable without violating MISRA rules?如何在不违反 MISRA 规则的情况下将位域变量分配给 uint8_t 变量？
【发布时间】：2020-01-27 09:36:27
【问题描述】：

我有一个名为 Character 的 typedef struct。

typedef struct {
    unsigned int a : 1;
    unsigned int b : 1;
    unsigned int c : 1;
    unsigned int d : 1;
    unsigned int o : 1;
    unsigned int p : 1;
    unsigned int q : 1;
    unsigned int x : 1;
} Character;

static Character tempChar;

void writeVar(const uint8_t *pData)
{
    tempChar.a = pData[0] >> 5;
    ...
}

当我尝试将 uin8_t 变量（值为 0 或 1）分配给这些位域之一时，我违反了 MISRA 规则 10.6，该规则指出：

复合表达式的值不应分配给具有更广泛基本类型的对象

有没有办法在不违反 MISRA C 的情况下将位域分配给 uint8_t？

【问题讨论】：

你是怎么得到这个警告的？如何编译代码？
我正在使用一个工具来进行静态分析。我必须遵守 MISRA C。
你试过tempChar.a = (uint8_t)(pData[0] >> 5);吗？
是的，我做到了。它没有帮助。
尽量避免int促销：tempChar.a = ((unsigned)pData[0]) >> 5;

标签： c bit-fields misra uint8t

【解决方案1】：

如果需要，表达式pData[0] >> 5 中的两个操作数将是promoted 到int（pData[0] 会发生这种情况）。

表达式的结果是int。

促销和从int 到unsigned int 的转换虽然在正常情况下完全有效且正常，但足以让非常严格的 MISRA 抱怨。

简单的解决方案（如 cmets 所示）是使用强制转换将pData[0] 显式转换为unsigned int。

【讨论】：

哦，更简单。为什么我首先想到了union！ :(
使用~pData[0] >> 5 运行相同的代码。然后，~(uint32_t)pData[0] >> 5。然后抱怨 MISRA...除非您当然认为将值 -1 存储在 :1 位域中是个好主意。

【解决方案2】：

tempChar.a = pData[0] >> 5;

在此5 是一个有符号整数常量。您应该使用5U 作为无符号常量

另外，右移操作的结果将是int，因此您需要将结果类型转换回unsigned int

tempChar.a = (unsigned int) (pData[0] >> 5U);

【讨论】：

【解决方案3】：

这里的核心问题与 MISRA 无关，而是试图将值存储在位域的特定槽中。您无法知道您的位域布局实际上是如何在内存中结束的，因为 C 标准中没有定义。

您的位域是在 MS 字节还是 LS 字节中分配 8 个值位？是否按照字节顺序排列？什么是位顺序？没人知道。第 1 步是去掉位域。

第 2 步是删除任何 unsigned int 并使用 uint16_t/uint32_t。

特别是对于 MISRA-C 10.6，禁止隐式转换为更广泛类型的规则总是被误导。 MISRA 用于此规则的基本原理是防止人们编写像 uint32_t u32 = u16a + u16b; 这样的代码，并认为 = 的 u32 操作数以某种方式神奇地意味着该操作将在 32 位而不是 16 位上执行。但是在8/16位系统，以16位运算执行，可能会出现溢出/回绕。

碰巧的是，对有符号类型进行位移总是是一个非常糟糕的主意。 pData[0] 被隐式提升为已签名的 int。还有其他 MISRA 规则处理此问题，而不是您引用的规则。

不管 MISRA 是什么，您都应该养成始终对无符号类型执行轮班的习惯。 “在这种情况下并不危险”是一个黯淡的理由。这意味着总是写(uint32_t)pData[0] >> 5 并且演员应该被应用之前转移而不是之后。这消除了关于未定义行为左移和可能的算术右移等的所有不确定性。让优化器从那里担心操作数的实际使用大小。

【讨论】：

【解决方案4】：

出于这个原因，我发现 MISRA C 过于复杂。无论如何，您并没有说要直接分配它。如果是这种情况，您可以采取以下措施：

typedef union {
    
    struct {
        unsigned int a : 1;
        unsigned int b : 1;
        unsigned int c : 1;
        unsigned int d : 1;
        unsigned int o : 1;
        unsigned int p : 1;
        unsigned int q : 1;
        unsigned int x : 1;
    };
    
    uint8_t u8Value;
    
} Character;

并通过访问tempChar.u8Value 而不是位字段来设置这些值。例如，

tempChar.u8Value |= (1 << 0);

会将tempChar.a 设置为1。

这仍然会在相同程度上保持代码的整洁（可读性）。例如，

if(1 == tempChar.a)
{ 
    // Some code
}

【讨论】：