使用位域比较 C 中的结构答案

【问题标题】：Comparison between structs in C using bitfields使用位域比较 C 中的结构
【发布时间】：2018-01-17 17:31:51
【问题描述】：

所以我真的无法理解这两个代码段之间的区别。我对位域的了解是，我在内存中保留了多少位用于这个 int。但是为什么负数出现在 2nd Struct 中呢？

#include<stdio.h>
#include<string.h>
typedef struct {
        unsigned int i:1;
        unsigned int k:31;
        int x;
}Struc1;
typedef struct{
        int i:1;
        int k:4;
        int x;
}Struc2;
int main()
{
        Struc1 s1={1,13,13};
        printf("%d %d %d\n",s1.i,s1.k,s1.x);
        Struc2 s2={1,13,13};
        printf("%d %d %d\n",s2.i,s2.k,s2.x);
        return 0;
}

输出：

1 13 13
-1 -3 13

【问题讨论】：

你知道负数在 C 中是如何表示的吗？提示：最左边的位是符号。
几乎所有关于位域的内容都是实现定义的。当您将13 存储到一个 4 位位字段中时，您可能会存储一个有符号或无符号值。 13 具有位模式1101；高位被设置；如果您的普通 int 位域是有符号类型，它将被视为负数。如果您希望它未签名，请这样说：unsigned k:4;（int 在此上下文中是可选的）。
C11 §6.7.2.1 footnote 125 如上面 6.7.2 所述，如果实际使用的类型说明符是 int 或定义为 int 的 typedef-name，那么它是否是实现定义的 bit-字段是有符号或无符号的。并且C11 §6.7.2 ¶5 每个逗号分隔的多重集都指定相同的类型，除了位域，说明符int 指定与signed int 相同的类型还是与@ 相同的类型是实现定义的987654335@.
这些注释意味着您无法分辨int x:1; 位域中存储的值。它可以存储零或非零；除了阅读编译器文档或实验之外，您无法判断非零值是 -1 还是 +1。它没有可移植的解释，但这不是主要问题，因为位域通常没有可移植的解释。
@ZeyadIbrahim: 通常情况下，int 的含义与signed int 相同；位域是我能想到的唯一地方，它有时与unsigned int 相同——这取决于你的编译器。因此，默认情况下，大多数人会期望结构的 int 成员是有符号数量。

标签： c memory struct bit-fields

【解决方案1】：

这是 C 中int、signed int 可能不同的地方。

有位域，没有signed 或unsigned 的int 可以被视为signed int 或unsigned int。根据 OP 报告的输出，int 的这种实现定义的行为似乎类似于 signed int。

typedef struct{
  int i:1;  // like signed int i:1; for OP
  int k:4;  // like signed int k:4; for OP
  int x;
}Struc2;

i 位域的范围可能是[-1...0]，而k 的范围可能是[-8...7]。通过Struc2 s2={1,13,13}; 用超出其范围的值初始化一个有符号整数是定义的实现（详情：C11dr 6.3.1.3 3）。

一个常见的实现定义行为是环绕。比如Struc2 s2 = {1-2, 13-16, 13}; 或Struc2 s2 = {-1, -3, 13};

使用位域时，建议尽可能使用unsigned。如果需要int 位域，请使用signed int。

【讨论】：

【解决方案2】：

结构位字段表示为结构的数据成员保留位的内存。在处理bit-field 时，如果输入是signed 类型，则应注意sign bit。

struc2 的内存分配：

typedef struct{
        int i:1;
        int k:4;
        int x;
}Struc2;

1)会员i只保留one bits为

 -------
|  1    |
 -------
        i
        |
        this is only first and last bit

int i : 1 ; 如果没有为 variable/constant 提及类型，则默认编译器将考虑为 signed 类型并且如果 sign(MSB) 有符号整数位是1 表示它将是负否。 2's complement 的 1 是 -1。所以s2.i = -1

注意：在C语言中，否定的no以补码的形式存储在内存中

2)对于成员k，4 bits 是保留的（因为您正在存储13），如下所示

       ---------------------------
13 => | 1   |    1   |  0   |  1  |
       ---------------------------
       0x103  0x102   0x101  0x100                      
        |
      sign bit

在这种情况下sign bit 也是1 所以s2.k 将是负和多少？取补码（一个补码 + 1）。

        13 => 1101
           => 0010 (one's complement)
                +1
              -----
              0011 => 3  since sign bit was 1 so s2.k = -3
              -----

【讨论】：

【解决方案3】：

您的系统是小端序，因此第一位是最右边的有符号位，这就是为什么在您的第二个 struct 中插入奇数，因此它将第一位作为有符号位并给出负值。

 typedef struct{   
    int i:1;   //Here you inserting **1** so it will take as signed bit. 
    int k:4;   //Here you inserting odd value **13** so it will take negative
    int x;     //This is also signed but it is **32** bit so it has enough space to store your **13** integer value.
  }Struc2;

如果您不想要负值，请将其作为 unsigned 或增加位数分配。干杯..

【讨论】：