什么是零宽度位域[重复]答案

【问题标题】：What is zero-width bit field [duplicate]什么是零宽度位域[重复]
【发布时间】：2012-11-27 23:18:41
【问题描述】：

可能重复：
Practical Use of Zero-Length Bitfields

为什么有些结构有零宽度位域，为什么需要它？

struct foo {
  int    a:3;
  int    b:2;
  int     :0; // Force alignment to next boundary.
  int    c:4;
  int    d:3;
};

int main()
{
        int i = 0xFFFF;
        struct foo *f = (struct foo *)&i;
        printf("a=%d\nb=%d\nc=%d\nd=%d\n", f->a, f->b, f->c, f->d);
        return 0;
}

上面程序的输出是

manav@os-team:~/programs/test$ ./a.out
a=-1
b=-1
c=-8
d=0

请解释为什么这些值为负数，以及这些变量在结构内部的内存布局？

【问题讨论】：

这是微软的回答，我建议你看看：msdn.microsoft.com/en-us/library/ewwyfdbe(v=vs.71).aspx，即便如此，对齐总是依赖于编译器。
结构 { int a:3;诠释 b:2;整数：0；诠释 c:4;诠释d：3； };这将给出 000aaabb 0ccccddd 的布局，而不是没有 :0; 0000aaab bccccddd 0 宽度字段表示应在下一个原子实体 (char) 上设置以下位域。声明为位字段的数据的顺序是从低位到高位，或其他方式取决于您的架构。
在我的实验中，d 每次在 linux gcc7.2 中运行时都会得到不同的值。但是，在 windows mingw 5.3 下，输出将保持不变。所以它在很大程度上依赖于编译器。

标签： c struct bit-manipulation signed

【解决方案1】：

数字是负数，因为位域是有符号的，也就是说，如果你有一个signed char 变量，它的大小是 8 位，可以容纳 256 个不同的值。一半的值为正，其余为负和 0。最高有效位表示符号（1 表示负，0 表示正）。关于零长度位域，请参见此处：Practical Use of Zero-Length Bitfields

【讨论】：

"数字是负数，因为位域是有符号的" --> 不完全是。 OP 的 int 可以解释为 unsigned 字段。这是 C 的一个角落，int 和 singed int 可以不同。 Ref

【解决方案2】：

如here 所述，零长度位域增加了位域之间的对齐。如果我们连续有多个位域，它们的布局是紧凑的，但是如果我们想将其中一个对齐到字节/字/双字边界，我们需要在这个和前一个之间放置一个长度为零的位域。

来自以上链接的示例：

struct on_off {
                  unsigned light : 1;
                  unsigned toaster : 1;
                  int count;            /* 4 bytes */
                  unsigned ac : 4;     // this and
                  unsigned : 4;        // this and
                  unsigned clock : 1;  // this bitfields are next to each other
                  unsigned : 0;
                  unsigned flag : 1;   // this bitfield is at a 4 bytes boundary.
                 } kitchen ;

【讨论】：

【解决方案3】：

来自this first hit on a Google search：

长度为 0 的位域必须是未命名的。无法引用或初始化未命名的位域。一个零宽度的位域可以导致下一个域在下一个容器边界上对齐，其中容器的大小与位域的底层类型相同。

至于问题的第二部分，您将结构中的一些位字段设置为全 1，并且由于这些字段已签名，因此这会导致这些字段的值为负。如果将整个结构设置为 1 并查看有符号和无符号表示中的值，您可以更有效地看到这一点，例如

int main()
{
    struct foo f;
    memset(&f, 0xff, sizeof(f));
    printf("a=%d\nb=%d\nc=%d\nd=%d\n", f.a, f.b, f.c, f.d); // print fields as signed
    printf("a=%u\nb=%u\nc=%u\nd=%u\n", f.a, f.b, f.c, f.d); // print fields as unsigned
    return 0;
}

【讨论】：

【解决方案4】：

内存布局是“取决于”的，您不能指望来自任何特定编译器的任何特定布局。事实上，通过更改其设置，您可能会看到与任何给定编译器不同的布局。不要试图猜测、直觉或依赖布局。

负数 - 你所有的元素都是有符号的ints，所以它们是负数，因为你已经将每一位初始化为 1，所以你已经设置了符号位。至于 d - 打败了我。错字？

【讨论】：

您没有回答问题的主要部分 - 零宽度位域的目的是什么？