如何将 c 中的整数位字段连接成 uint64_t 整数？答案

【问题标题】：How can I concatenate integer bit fields in c into a uint64_t integer?如何将 c 中的整数位字段连接成 uint64_t 整数？
【发布时间】：2020-03-18 10:05:38
【问题描述】：

我在 c 中有一个这样的结构

struct RegisterStruct
{
    uint64_t b_0 : 64;
    uint64_t b_1 : 64;
    uint64_t c_0 : 64;
    uint64_t c_1 : 64;
    uint64_t c_2 : 64;
    uint64_t d_0 : 64;
    uint64_t d_1 : 64;
};

我想将这些字段连接成一个uint64_t 整数。每个字段应占用给定的位数，定义如下：

b_0: 4bits 
b_1: 4bits
c_0: 8bits
c_1: 8bits
c_2: 8bits
d_1: 16bits
d_2: 16bits

结果应该是一个uint64_t 整数，其中包含连接的位字段（从b_0 到d_2），每个位字段占用给定的位数。

这是我尝试过的，但我认为这个解决方案不正确：

struct RegisterStruct Register;

   Register.b_0 = 8;
   Register.b_1 = 8;
   Register.c_0 = 128;
   Register.c_1 = 128;
   Register.c_2 = 128;
   Register.d_0 = 32768;
   Register.d_1 = 32768;

   uint64_t reg_frame =Register.b_0<<60|Register.b_1<<56|Register.c_0<<48|Register.c_1<<40|Register.c_2<<32|Register.d_0<<16|Register.d_1;

【问题讨论】：

"...但我认为这个解决方案不正确" 为什么它不正确？你遇到了什么问题？
在您发布的struct RegisterStruct 中，所有位域宽度均为64。这是剪切和粘贴错误吗？您确定要它们为 4、4、8、8、8、16 和 16？
您的解决方案是正确的。我自然会从最低有效位理解位顺序，所以我会将b_0: 4bits 作为最低有效位。
如果您移动位域，请将它们转换为足够宽度的无符号整数类型，即使声明它们的基类型是这样的类型。作为we have seen recently，C 标准不清楚位域的实际类型是什么，因此uint64_t x : 4 可能像（例如）表达式中的32 位int，然后是Register.x << 60将有一个超出int 界限的移位量并且具有C 标准未定义的行为。
@Kinyugo 我看不出将所有位域设为 64 位宽的意义。它们将（可能）与非位字段 uint64_t 成员的行为相同。

标签： c bit-manipulation bit bit-shift

【解决方案1】：

您可以将包含位字段的结构与完整的 64 位无符号整数放在一个联合中，如下所示：

union RegisterUnion
    struct
    {
        uint64_t b_0 : 4;
        uint64_t b_1 : 4;
        uint64_t c_0 : 8;
        uint64_t c_1 : 8;
        uint64_t c_2 : 8;
        uint64_t d_0 : 16;
        uint64_t d_1 : 16;
    };
    uint64_t val;
};

上面的主要问题是它不便携。 C 标准将位字段打包到其底层存储单元类型（在本例中为uint64_t）的顺序保留为实现定义的决定。这与多字节整数中的字节顺序完全不同，即小端字节序与大端字节序。

此外，可能不支持使用uint64_t 作为位字段的基本类型。仅需要实现支持_Bool、signed int 和unsigned int（或其合格版本）类型的位字段成员。根据C11 draft 6.7.2.1 paragraph 5：

位字段的类型应为_Bool、signed int、unsigned int 或其他一些实现定义的类型的合格或非合格版本。是否允许原子类型由实现定义。

【讨论】：

【解决方案2】：

typedef union
{ 
    struct
    {
        uint64_t b_0 : 4;
        uint64_t b_1 : 4;
        uint64_t c_0 : 8;
        uint64_t c_1 : 8;
        uint64_t c_2 : 8;
        uint64_t d_0 : 16;
        uint64_t d_1 : 16;
    };
    uint64_t u64;
}R_t;


int main()
{

    R_t Register;

    Register.b_0 = 8;
    Register.b_1 = 8;
    Register.c_0 = 128;
    Register.c_1 = 128;
    Register.c_2 = 128;
    Register.d_0 = 32768;
    Register.d_1 = 32768;

    printf("%llx\n", (long long unsigned)Register.u64);
}

https://godbolt.org/z/_dYuz2

【讨论】：