当位域宽度小于需要时，整数位域的值交替等于 0 或 1

Question

我正在测试 C 中的代码，其中我有意在结构内定义一个整数位字段（variable not_enough），宽度为 1，但分配需要 2 位或 3 位的值。 重要的是要注意我从枚举中获取值。在此之后，我打印值。我希望得到等于 0 的整数的默认值。但我得到的是交替等于 0 或 1 的值。

你能解释一下原因吗？

下面是代码：

#include <stdio.h>

typedef enum {
    FIRST = 9,
    SECOND = 8,
    THIRD = 7,
    FOURTH = 6,
    FIFTH = 5,
    SIXTH = 4,
    SEVENTH = 3,
    EIGHTH = 2
} directionValues;

struct {
    unsigned int enough : 3;
    unsigned int not_enough: 1; //intentionally limited to 1 bit
} test_bit;

int main(void) {

    test_bit.enough = EIGHTH;
    printf("Enough bits for variable. Value is %d\n",test_bit.enough);

    test_bit.not_enough = THIRD;
    printf("Not enough bits for variable. Value is %d\n",test_bit.not_enough);
    test_bit.not_enough = FOURTH;
    printf("Not enough bits for variable. Value is %d\n",test_bit.not_enough);
    test_bit.not_enough = FIFTH;
    printf("Not enough bits for variable. Value is %d\n",test_bit.not_enough);
    test_bit.not_enough = SIXTH;
    printf("Not enough bits for variable. Value is %d\n",test_bit.not_enough);
    test_bit.not_enough = SEVENTH;
    printf("Not enough bits for variable. Value is %d\n",test_bit.not_enough);
    test_bit.not_enough = EIGHTH;
    printf("Not enough bits for variable. Value is %d\n",test_bit.not_enough);

    return 0;
}

输出是：

足够的变量位。值为 2

变量位数不足。值为 1

变量位数不足。值为 0

变量位数不足。值为 1

变量位数不足。值为 0

变量位数不足。值为 1

变量位数不足。值为 0

Answer 1

那是因为只有最后一位设置为您的变量，因为它只允许 1 位。

你实际上是这样做的：

test_bit.not_enough = 7; //(0111) Bit 0 is 1
printf("Not enough bits for variable. Value is %d\n",test_bit.not_enough);
test_bit.not_enough = 6; //(0110) Bit 0 is 0
printf("Not enough bits for variable. Value is %d\n",test_bit.not_enough);
test_bit.not_enough = 5; //(0101) Bit 0 is 1
printf("Not enough bits for variable. Value is %d\n",test_bit.not_enough);
test_bit.not_enough = 4; //(0100) Bit 0 is 0
printf("Not enough bits for variable. Value is %d\n",test_bit.not_enough);
test_bit.not_enough = 3; //(0011) Bit 0 is 1
printf("Not enough bits for variable. Value is %d\n",test_bit.not_enough);
test_bit.not_enough = 2; //(0010) Bit 0 is 0
printf("Not enough bits for variable. Value is %d\n",test_bit.not_enough);

由于您只有 1 位可用内存，因此只有第一位 (LSB) 设置为您的变量。

Answer 2

无论如何，什么是未定义的行为 - 您无法通过观察某些东西 不是 C 中的未定义行为来知道它可能是交替的 1 和 0 是未定义行为的一个示例。

但是，C 标准规定在这种情况下没有未定义的行为。这些枚举的值通过取模 2 的值转换为 1 位宽的无符号整数。引用 C11 6.3.1.3：

1当一个整数类型的值被转换为_Bool以外的其他整数类型时，如果该值可以用新的类型表示，则不变。

2 否则，如果新类型是无符号的，则通过在新类型中可以表示的最大值的基础上反复加或减一，直到该值是在新类型的范围内。 60)

3 否则，新类型是有符号的，值不能在其中表示；结果要么是实现定义的，要么引发实现定义的信号。

脚注 60 说明：

这些规则描述的是数学值的算术运算，而不是给定类型表达式的值。

任何整数值都可以转换为 1 位的 unsigned int 位域，而没有未定义的行为 - 甚至不是实现定义的。存储的值将是

• 0，如果原始值是偶数
• 1，如果原始值为奇数

（偶数是0 + 2*k，奇数是1 + 2*k - 这里2k 匹配*重复加或减一个，比新类型可以表示的最大值多一倍” - 即2 被加或减 |k| 次。

或者，如果原始数字是无符号的，则存储的值是最低有效位；如果原始数字是有符号的并且实现使用 2 的补码表示，则存储的值再次是最低有效位。