C++ 位域的问题答案

【问题标题】：Issues with C++ bitfieldsC++ 位域的问题
【发布时间】：2020-08-18 13:26:33
【问题描述】：

我必须编写具有特定数据格式的文件头。为简单起见，我们假设它是：

它们都是简单的无符号整数。我想我可能会使用位字段来获得一个很好的语法。我定义了

struct Foo {
  unsigned int a : 8, b : 2, c : 6;
};

但是，我得到了sizeof(Foo) == 4。为什么呢？我希望这里有一个 2 字节的结构。编译器是否在我的字段之间添加填充？如果我使用 unsigned char 作为我的成员类型，我会得到 2 个字节的大小。

在cppreference 上，它说：

多个相邻的位域通常打包在一起（尽管此行为是实现定义的）。

这是否意味着我不能依赖打包在一起的字段？最终，我将使用memcpy 将这个struct 转换为字节流并将其写入文件。这不是很好地使用位域吗？这只有在保证将这些位打包在一起时才有效。

编辑：实际标题与GIF format 有关。许多索引被打包成几个字节。其中一些由 1、2、3 位或更多位组成。

【问题讨论】：

我在你的平台上打赌sizeof(unsigned int) == 4。您的类型的大小不会小于成员类型。如果你删除你的位域，你可能会得到一个sizeof(Foo) == 12;。位域可能在这里按预期工作。
如果您打算执行内存表示流式传输，则应考虑使用固定宽度类型，例如 #include <cstdint> 中的 std::uint32_t 或 std::uint64_t 以避免可移植性问题。
uint16_t 如果您想要特定尺寸，请查看这些类型
请更具体。请提供minimum reproducible example 示例输入和预期输出。从这个问题中，我觉得简单的位移应该可以完成这项工作
我不确定我是否理解位字段会带来什么。我以为我会牺牲一些性能来完全控制我的内存布局。如果我的结构总大小超过 4 个字节，那才值得？

【解决方案1】：

来自[class.bit]/1 [摘录]：

[...] 类对象内的位域分配是实现定义的。位域的对齐方式是实现定义的。

实现定义的行为

行为，对于格式良好的程序结构和正确的数据， 取决于实现和每个实现文档

因此，对于可移植的实现，您不能依赖任何特定类型的行为来实现实现定义的行为。但是，如果您正在为特定平台和编译器进行开发，则可以在一定程度上依赖记录在案的实现定义的行为。

【讨论】：