位域

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声明拥有以位数表示的显式宽度的成员。相邻的位域成员可能被打包,共享和分散到单独的字节。

位域声明是使用下列声明器结构体联合体成员声明:

identifier(可选) : width
identifier - 正在声明的位域名称。名称是可选的:无名位域引入一个指定的填充位数
width - 一个拥有大于或等于零,且小于或等于底层类型位数的整数常量表达式。大于零时,此为此位域将占据的位数。零值仅允许用于无名位域,并拥有特殊含义:它指定结构体定义中的下个位域会从分配单元边界开始。

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[编辑] 解释

位域可以拥有四种类型之一(可为 constvolatile 限定):

  • unsigned int ,对于无符号位域( unsigned int b:3; 拥有范围 0..7
  • signed int ,对于有符号位域( signed int b:3; 拥有范围 -4..3
  • int ,对于拥有实现定义符号性的位域(注意这与其他所有地方都表示“ signed int ”的关键词 int 含义不同)。例如, int b:3; 可能拥有 0..7-4..3 范围的值。
  • _Bool ,对于单个位的位域( bool x:1; 拥有范围 0..1 ),从它和到它的隐式转换遵循布尔转换规则。

可接受额外的实现定义类型。位域是否可以拥有原子类型也是实现定义的。 (C11 起)位域中的位数( width )给其所能保有的值域设置限制:

#include <stdio.h>
struct S {
 // 三位无符号位域,允许值为 0..7
 unsigned int b : 3;
};
int main(void)
{
    struct S s = {7};
    ++s.b; // 无符号溢出
    printf("%d\n", s.b); // 输出: 0
}


允许将多个相邻位域打包在一起(通常如此):

#include <stdio.h>
struct S {
    // 通常将占用 4 字节:
    // 5 位: b1 的值
    // 11 位:未使用
    // 6 位: b2 的值
    // 2 位: b3 的值
    // 8 位:未使用
    unsigned b1 : 5, : 11, b2 : 6, b3 : 2;
};
int main(void)
{
    printf("%zu\n",sizeof(struct S)); // 通常打印 4
}


拥有零 width 的特殊无名位域打破填充:它指定下个位域在始于下个分配单元的起点:

#include <stdio.h>
struct S {
    // 通常将占用 8 字节
    // 5 位: b1 的值
    // 27 位:未使用
    // 6 位: b2 的值
    // 15 位: b3 的值
    // 11 位:未使用
    unsigned b1 : 5;
    unsigned :0; // 开始新的 unsigned int
    unsigned b2 : 6;
    unsigned b3 : 15;
};
int main(void)
{
    printf("%zu\n", sizeof(struct S)); // 通常打印 8
}


因为位域不必在字节的起点开始,故不能取位域的地址。不可能有指向位域的指针。不能对位域使用 sizeof _Alignas (C11 起)

[编辑] 注意

位域的下列属性未定义

  • 在位域上调用 offsetof 的效果

位域的下列属性未指定

  • 保有位域的分配单元的对齐

位域的下列属性为实现定义

  • int 类型的位域被当做有符号或无符号
  • 是否容许异于 int 、 signed int 、 unsigned int 及 _Bool 类型的位域
  • 是否容许原子类型的位域
  • 位域是否能越过分配单元边界
  • 分配单元内位域的顺序(一些平台上位域从左往右打包,其他平台上是从右往左)

尽管 _Bool 的对象表示的位数至少为 CHAR_BIT_Bool 类型位域的 width 不能大于 1 。

C++ 编程语言中,位域的宽度能超出底层类型。

[编辑] 引用

  • C11 standard (ISO/IEC 9899:2011):
  • 6.7.2.1 Structure and union specifiers
  • C99 standard (ISO/IEC 9899:1999):
  • 6.7.2.1 Structure and union specifiers
  • C89/C90 standard (ISO/IEC 9899:1990):
  • 3.5.2.1 Structure and union specifiers

[编辑] 参阅

位域C++ 文档