Question

我创建了一个字段大小为1位的字段，并使用int代替unsigned。后来，当我试图检查字段的值时，我发现值为-1。我使用此代码检查二进制represantation和我的位字段的值：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

union {
    struct {
        int bit:1;
    } field;
    int rep;
} n;

int main() {

int c, k;
n.field.bit=1;
 for (c = 31; c >= 0; c--)
  {
    k = n.rep >> c;

    if (k & 1)
      printf("1");
    else
      printf("0");
  }

  printf("\n %d \n", n.field.bit);

return 0;
}

输出是： 00000000000000000000000000000001

-1

在这种情况下，为什么我的位字段的值为-1，当我使用signed int而不是unsigned时，它总是一个负数？

Answer 1

除了可以保存int位之外，你不应该使用普通n作为位域类型 - 根据C11标准，它实际上是实现 - 定义位字段中的int是有符号还是无符号6.7.2p5：

5每个以逗号分隔的多重集都指定相同的类型，但对于位字段，实现定义是否指定符int指定的类型与{{ 1}}或与signed int相同的类型。

在您的情况下，unsigned int指定与int相同的类型;这是the default in GCC：

是否将“plain”int位字段视为signed int位字段或无符号int位字段（C90 6.5.2，C90 6.5.2.1，C99和C11 6.7.2， C99和C11 6.7.2.1）。

默认情况下，它被视为signed int，但可以通过signed int选项进行更改。

然后是实现定义有符号数是一个补码还是二进制补码 - 如果它们是一个补码，那么唯一可以存储在1位的值是符号位，因此为0;所以一位的有符号位字段在一个补码上没有意义。但是，您的系统使用2的补码 - 例如what GCC always uses：

是否使用符号和幅度，二进制补码或一个补码表示有符号整数类型，以及非常值是陷阱表示还是普通值（C99和C11 6.2.6.2）。

GCC仅支持两个补码整数类型，所有位模式都是普通值。

因此位值-funsigned-bitfields和1根据带符号的二进制补码进行解释：前者有符号位设置，所以它是负数（0）而后者没有设置符号位，因此它是非负的（-1）。

因此，对于2位的有符号位域，2的补码机上可能的位模式及其整数值

0 - 00值为0
int - 01值为1
int - 10值-2
int - 11值-1

在n位字段中，最小有符号数为 - 2 ^（n - 1），最大值为2 ^（n-1） - 1.

现在，当对等级小于int的有符号整数操作数执行算术运算时，首先将其转换为int，因此值int是符号扩展的到全宽-1; 默认参数促销也是如此;传入int时，该值会被符号扩展为（全宽）int。

因此，如果您希望从一位位域获得合理的值，请使用printf或者如果要将其理解为布尔标志，unsigned bit: 1;

Answer 2

当您调用可变参数函数（如printf）时，某些参数已提升。例如，位字段经历integer promotion，其中它被提升为普通的int值。该促销带来了签名扩展（因为您的位字段的基本类型已签名）。此签名扩展名为-1。

使用位字段时，始终使用无符号类型作为基础。

有符号位字段表示

2 个答案: