Question

我有以下代码：

struct Foo {
  uint16_t a:5;
  uint16_t b:5;
  uint16_t c:5;
};
uint16_t bits = 0xdae;
const Foo& foo = *reinterpret_cast<const Foo*>(&bits);

printf("%x %x %x\n", foo.a, foo.b, foo.c);

当我在纸上书写时，输出就是我所期望的：

e d 3

如果我使用uint32_t而不是uint16_t位域，我会得到相同的结果。

但是当我使用uint8_t位域而不是uint16_t时，我得到一个不一致的结果：

e d 6

或

e d 16

两者都不正确。为什么使用uint8_t进行位域会导致这种奇怪的行为？

Answer 1

编译器可能会在结构成员之间添加填充（或者它可能不会自行决定），当您尝试以一堆位来访问整个结构时，您不会考虑这一点。基本上你不能这样做（行为是未定义的，你的代码只是错误）。您需要按名称或访问结构成员，使用特定于编译器的扩展来控制布局/填充。

Answer 2

位域的存储器布局是实现定义的。例如，提供此online draft c++ standard：

9.6位字段

（1）...类对象中位域的分配是   实现定义。位域的对齐是   实现定义的。

因此，由于您没有通过长度为0的位字段引入显式填充，因此您无法控制编译器如何在内存中布置结构。实际上，我认为你会产生未定义的行为，因为你正在将一个指针转换为另一个可能具有不同对齐要求的指针，并且访问填充位（如同重新解释的转换的分配一样）也是未定义的行为。

请注意，您可以以标准化方式控制位字段的填充：

（2）省略标识符的位字段声明声明了未命名的位域。未命名的位字段不是成员，也不可以初始化。 [注意：未命名的位字段对填充有用符合外部施加的布局。 - 尾注]作为特例，宽度为零的未命名位域指定对齐分配单元边界处的下一个位字段。只有在宣布一个时未命名的位域可以使常量表达式的值等于零。

请参阅以下使用此功能的代码;请注意，它会产生不同的结果，因为我发现无法控制填充，这样我就可以获得连续的5位。所以我将示例改编为适用于字节边界级别的内容：

struct Foo {
    uint8_t a:5;
    uint8_t :0;
    uint8_t b:5;
    uint8_t :0;
    uint8_t c:5;
};

union DifferentView {
    uint32_t bits;
    struct Foo foo;
};

int main()
{
    union DifferentView myView;

    myView.bits = 0x0d0a0e;
    printf("%x %x %x\n", myView.foo.a, myView.foo.b, myView.foo.c);
    // Output: e a d

    return 0;
}

C / C ++：uint8_t位域行为不正确且不一致

2 个答案: