具有位域的 Python Ctypes 结构与 C 中的结构具有不同的内存布局

Question

我必须对 Ctypes 及其定义结构的方式提出具体问题。为了给你一点上下文，请考虑以下 C 中的示例，它定义了一个带有 bitfields 的结构：

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>

struct Version
{
    uint8_t  n1;
    uint8_t  n2;
    uint32_t n3:16;
} vv;

int main(void)
{
    vv.n1 = 0xab;
    vv.n2 = 0xef;
    vv.n3 = 0x1234;

    uint8_t* ptr = (uint8_t*)(&vv);
    printf("size %u\n", sizeof(vv));
    for (int i = 0; i < sizeof(vv); ++i) printf("%2x ", ptr[i]);
    printf("\n");
    
    return 0;
}

这似乎为 32 和 64 架构生成了相同的定义：

$ gcc sample.c -o a -m64 -std=gnu99 -w && ./a
size 4
ab ef 34 12
$ gcc sample.c -o a -m32 -std=gnu99 -w && ./a
size 4
ab ef 34 12

在那之前一切都很好，但是当我使用 ctypes 在 python 中编写等效结构时，我得到了不同的定义：

from ctypes import *


class Version(Structure):
    _fields_ = [
        ('n1', c_uint8, 8),
        ('n2', c_uint8, 8),
        ('n3', c_uint32, 16),
    ]


vv = Version()
vv.n1 = 0xab
vv.n2 = 0xef
vv.n3 = 0x1234

print('bytes', bytes(vv).hex())
print('size', sizeof(vv))

因为 ctypes 结构使用 5 个字节而不是 4 个字节（这是 C 选择的那个）

$ python sample.py
bytes abef341200
size 5

如果我将python中n3的类型从c_uint32更改为c_uint16，它似乎与用C编写的代码具有相同的布局：

class Version(Structure):
    _fields_ = [
        ('n1', c_uint8, 8),
        ('n2', c_uint8, 8),
        ('n3', c_uint16, 16),
    ]
...

$ python sample.py
bytes abef3412
size 4

如果我将所有内容更改为c_uint32，我会得到相同的结果：

class Version(Structure):
    _fields_ = [
        ('n1', c_uint32, 8),
        ('n2', c_uint32, 8),
        ('n3', c_uint32, 16),
    ]
...

$ python sample.py
bytes abef3412
size 4

问题

1. 如果 Ctypes 原生使用 c 库，为什么我会得到不同的结果？
2. 为什么在第一个 python sn-p 中我得到一个额外的字节？我可以理解它是否是 4 的倍数，但为什么是 5 个字节？
3. 为什么 python 中结构定义的最后两个版本似乎与 C 的功能兼容？

更新

我打开了一个问题https://bugs.python.org/issue41932，因为看起来这是一个错误，将继续更新这篇文章。

Answer 1

嗯。

这里 (https://docs.python.org/2.5/lib/ctypes-bit-fields-in-structures-unions.html) 这么说

位域只能用于整数域，位宽被指定为fields元组中的第三项：

所以也许您必须为位域使用类型c_int？

看来这里的sizeof可能是按值传递struct，ctypes不支持。

https://github.com/beeware/rubicon-objc/pull/157