具有位域的联合成员的值

Question

我正在尝试了解如何为包含位域的联合分配内存。

我查看了与此类似的帖子和问题，并且了解到大多数情况下都涉及填充，具体取决于在结构中声明成员的顺序。

1.

union Example
{ int i:2;
  int j:9; 
};


int main(void)
{ 
   union Example ex;
   ex.j=15;
   printf("%d",ex.i);
}

输出：-1

2.

union Example
{ unsigned int i:2;
  int j:9; 
};


int main(void)
{ 
   union Example ex;
   ex.j=15;
   printf("%d",ex.i);
}

输出：3

有人可以解释一下输出吗？它只是这种情况的标准输出吗？ 我在 ubuntu 中使用内置的 gcc 编译器

Answer 1

编译器为联合中的位域分配位的方式恰好与j 的低位与i 的位重叠。因此，当j 设置为 15 时，i 的两位分别设置为 1。

当i 是一个用int i:2 声明的两位有符号整数时，您的编译器会将其解释为两位二进制补码数。通过这种解释，第 11 位表示 -1。

当i 是一个两位无符号整数，用unsigned int i:2 声明时，它是纯二进制，没有符号位。按照这种解释，11 位代表 3。

下面的程序显示，将有符号两位整数设置为 -1 或将无符号两位整数设置为 3 在联合中产生相同的位模式，至少在您的 C 实现中是这样。

#include <stdio.h>


int main(void)
{
    union Example
    {
        unsigned u;
        int i : 2;
        int j : 9;
        unsigned int k : 2;
    } ex;

    ex.u = 0;
    ex.i = -1;
    printf("ex.i = -1:  %#x.\n", ex.u);

    ex.u = 0;
    ex.j = 15;
    printf("ex.j = 15:  %#x.\n", ex.u);

    ex.u = 0;
    ex.k = 3;
    printf("ex.k =  3:  %#x.\n", ex.u);
}

输出：

ex.i = -1：0x3。 ex.j = 15：0xf。 例如k = 3：0x3。

请注意，编译器还可以从高位到低位而不是从低位到高位分配位，在这种情况下，j 的高位将与i 重叠，而不是低位。此外，编译器可以为 9 位 j 使用不同大小的存储单元，而不是为 2 位 i 使用不同大小的存储单元，在这种情况下，它们的位可能根本不会重叠。 （例如，它可能对i 使用单个八位字节，但对j 使用一个 32 位字。八位字节将与 32 位字的某些部分重叠，但不一定是该部分用于j。）

Answer 2

示例 1

#include <stdio.h>

union Example
{ int i:2;
  int j:9; 
};


int main(void)
{ 
   union Example ex;
   ex.j=15;
   printf("%d",ex.i);
   printf("\nSize of Union : %lu\n" , sizeof(ex));

   return 0;
}

输出：

-1
Size of Union : 4

观察：

从这个输出中，我们可以推断即使我们使用 9 位（最大值），编译器也会分配 4 个字节（因为填充）。 语句 union Example ex; 为 Union Example 对象 ex 分配 4 个字节的内存。 语句ex.j=15; 将 0x0000000F 分配给该 4 字节内存。所以对于 j 它为 9 位分配 0-0-0-0-0-1-1-1-1。 声明 printf("%d",ex.i); 尝试打印 ex.i（这是 2 位）。我们有上一个语句的 1-1。

有趣的部分来了，ex.i 是signed int 类型。因此第一位用于分配有符号表示，并且大多数 cpu 以 2 的补码形式进行有符号表示。 因此，如果我们反转 1-1 的 2 的补码，我们将得到值 1。所以我们得到的输出是 -1。

示例2

#include <stdio.h>

union Example
{ unsigned int i:2;
  int j:9; 
};


int main(void)
{ 
   union Example ex;
   ex.j=15;
   printf("%d",ex.i);


   return 0;
}

输出：

3

观察：

语句 union Example ex; 为 Union Example 对象 ex 分配 4 个字节的内存。 语句 ex.j=15; 将 0x0000000F 分配给该 4 字节内存。所以对于 j 它为 9 位分配 0-0-0-0-0-1-1-1-1。 声明 printf("%d",ex.i); 尝试打印 ex.i（这是 2 位）。我们有上一个语句的 1-1。

和上面的例子一样，但是这里的 ex.i 是 unsigned int 类型。因此这里没有使用符号位来表示。 因此，存储在 2 位位置的任何内容都是精确值。因此输出为 3。

希望我消除了您的疑虑。请在互联网上检查 2 和 1 的补码。