为什么这个 UNION 像一个结构？

Question

我遇到了一些具有联合的代码（它位于 Microchip 的库中）。

一切都很好，直到我看到它为工会的不同成员分配了价值一个接着一个。我的直接想法是“他们在写同一个位置......” 然后我决定做一个测试。根据我认为我理解的每一项措施，这个联合应该是一个字节（8 位）。但它不是……它是 4 个字节。

#pragma pack(1)
typedef union _STATUS
{
    BYTE Val;
    struct {
        unsigned BC8 : 1;
        unsigned BC9 : 1;
        unsigned BSTALL : 1;
        unsigned DTSEN : 1; 
        unsigned INCDIS : 1;
        unsigned KEN : 1;   
        unsigned DTS : 1;   
        unsigned UOWN : 1;  
    };
    struct {
        unsigned BC8 : 1;
        unsigned BC9 : 1;
        unsigned PID0 : 1;
        unsigned PID1 : 1;
        unsigned PID2 : 1;
        unsigned PID3 : 1;
        unsigned : 1;
        unsigned UOWN : 1;
    };
    struct {
        unsigned : 2;
        unsigned PID : 4; 
        unsigned : 2;
    };
} STATUS;
void PrintIt() {
    printf("Size of UNION is %d \n", sizeof(STATUS));
}

它应该是所有成员中最大的，每个成员只有8位。

引起我注意并让我对此进行调查的代码是：

STAT.BC9 = 0;
STAT.BC8 = 0;
STAT.Val |= byteToSend;

第三行合并到第一行和第二行的值。

所以我想测试它，它是 4 个字节，而不是一个。我什至在几个不同的编译器中对其进行了测试（因此#pragma 用于 MS Visual C）。

每个成员正好是 8 位，最后两个结构重叠以将 PID 值放在相同的内存位置。然而，我使用编译器评估它的每种方式都是 4 个字节。

向联合中添加结构的行为有什么问题吗？

感谢任何解释。

Answer 1

虽然未在 C 标准中明确指定，但位域通常会占用与声明它们的基本类型相对应的单元。

在这种情况下，所有位域都声明为unsigned。这种类型在您的系统上可能是 4 个字节，因此位域占用该类型的一个单元。

如果您将字段类型更改为unsigned char 或uint8_t，它们应该只占用一个字节。请注意，这假设您的编译器允许将这些类型用于位域，尽管大多数都允许。

Answer 2

C 有隐式类型的概念。所以unsigned 将声明一个unsigned int。但它变得更奇怪了。如果您只使用const 或static/auto，情况也是如此。

const x = 5; // Declares a const int variable
static x;    // Declares a static int variable
const static unsigned x = 5; // Declares a const static unsigned int variable

你想要的是unsigned char。

它应该是所有成员中最大的，每个成员只有8位。

它应该是至少那个大小。没有什么能阻止它变大。

Answer 3

1. 由于匿名结构中有重复的成员名称，因此无法编译。
2. 如果您的位域使用 8 位类型，则确实需要打包。

typedef union 
{
    unsigned char Val;
    struct {
        unsigned char BC8 : 1;
        unsigned char BC9 : 1;
        unsigned char BSTALL : 1;
        unsigned char DTSEN : 1; 
        unsigned char INCDIS : 1;
        unsigned char KEN : 1;   
        unsigned char DTS : 1;   
        unsigned char UOWN : 1;  
    };
    struct {
        unsigned char BC81 : 1;
        unsigned char BC91 : 1;
        unsigned char PID0 : 1;
        unsigned char PID1 : 1;
        unsigned char PID2 : 1;
        unsigned char PID3 : 1;
        unsigned char : 1;
        unsigned char UOWN1 : 1;
    };
    struct {
        unsigned char : 2;
        unsigned char PID : 4; 
        unsigned char : 2;
    };
} STATUS;

int main(void) {
    printf("Size of UNION is %d \n", (int)sizeof(STATUS));
}

https://godbolt.org/z/zsfhnGeWd

请记住，有些编译器会打包成您指定的类型（例如 chibicc）。

Answer 4

在 dbush 回答的同时，我也在深入挖掘之后添加了自己的答案。

我将其描述为： “无符号”意味着一个“int”所以你定义了一个整数存储的前 8 位。

typedef union _STATUS {
BYTE Val;
struct {
    unsigned char BC8 : 1;
    unsigned char BC9 : 1;
    unsigned char BSTALL : 1;
    unsigned char DTSEN : 1; 
    unsigned char INCDIS : 1;
....
} STATUS;

当限制大小为无符号字符时，联合现在实际上是 1 个字节。