MSVC 1 位枚举类型等于 -1 并且相等性测试失败

Question

我已经定义了一个枚举类型的位域来匹配嵌入式系统中的一组位。我正在尝试在 MSVC 中为代码编写测试工具，但比较应该相等的值失败了。

定义如下：

typedef enum { SERIAL, PARALLEL } MODE_e;
typedef union {
    struct {
        TYPE_e      Type    : 1;    // 1
        POSITION_e  1Pos    : 1;    // 2
        POSITION_e  2Pos    : 1;    // 3
        bool        Enable  : 1;    // 4
        NET_e       Net     : 1;    // 5
        TYPE_e      Type    : 1;    // 6
        bool        En      : 1;    // 7
        TIME_e      Time    : 3;    // 8-10
        MODE_e      Mode    : 1;    // 11
        bool        TestEn  : 1;    // 12
        bool        DelayEn : 1;    // 13
        MODE_e      Mode    : 1;    // 14
        bool        xEn     : 1;    // 15
        MODE_e      yMode   : 1;    // 16
        bool        zEnable : 1;    // 17
    } Bits;
    uint32_t Word;
} BITS_t;

后来以下比较失败：

Store.Bits.Mode = PARALLEL;
if (store.Bits.Mode == PARALLEL)
    ...

我在调试器中检查了Mode 布尔值，它看起来很奇怪。 Mode 的值为-1。

就好像 MSVC 认为该值是 2 的补码，但 1 位宽，所以 0b1 是十进制的 -1。枚举将PARALLEL 设置为1，因此两者不匹配。

比较在使用 LLVM 或 GCC 的嵌入式端可以正常工作。

哪种行为是正确的？我认为 GCC 和 LLVM 在位域等领域对 C 标准的支持比 MSVC 更好。更重要的是，我能否在不对嵌入式代码进行重大更改的情况下解决这种差异？

Answer 1

详细剖析这个，你有以下问题：

• 不保证Type : 1 是MSB 或LSB。通常，根本无法保证内存中的位域布局。

• 如其他答案中所述，枚举变量（与枚举常量不同）具有实现定义的大小。这意味着你无法知道它们的大小，可移植。此外，如果大小与int 或_Bool 不同，编译器根本不需要支持。

• 枚举通常是有符号整数类型。当你用有符号类型创建一个大小为 1 的位域时，包括标准在内的任何人都不知道它的含义。是您打算存储在那里的符号位还是数据？

• 位域内 C 标准称为“存储单元”的大小未指定。通常它是基于对齐的。 C 标准确实保证，如果您有多个相同类型的位域彼此尾随，则它们必须合并到同一个存储单元中（如果有空间）。对于不同的类型，没有这样的保证。

  当您从POSITION_e 之类的一种类型转换为另一种类型bool 时，编译器将它们放置在不同的存储单元中是很常见的。实际上，这意味着无论何时发生这种情况，都存在填充位插入的高风险。事实上，许多主流编译器的行为都是如此。

• 此外，结构或联合可以在任何地方包含填充字节。

• 另外还有字节序问题。

结论：位域不能用于需要任何形式的可移植性的程序中。它们不能用于内存映射。

另外，你真的不需要所有这些抽象层——它只是一个简单的拨码开关，而不是航天飞机！ :)

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解决方案：

我强烈建议放弃所有这些，转而使用简单的uint32_t。您可以使用纯整数常量屏蔽单个位：

#define DIP_TYPE (1u << 31)
#define DIP_POS   (1u << 30)
...

uint32_t dipswitch = ...;
bool actuator_active = dipswitch & DIP_TYPE; // read
dipswitch |= DIP_POS;     // write

这是高度可移植的、定义明确的、标准化的、符合 MISRA-C 的 - 您甚至可以在不同的字节序架构之间移植它。它解决了上述所有问题。

Answer 2

我想出的一个简单的修复方法是：

#ifdef  _WIN32
#define JOFF        0
#define JON         -1
#else
#define JOFF        0
#define JON         1
#endif

typedef enum { SERIAL = JOFF, PARALLEL = JON } TEST_MODE_e;

Answer 3

用于表示enum 的确切类型是实现定义的。因此，最有可能发生的是 MSVC 使用 char 来处理这个已签名的特定 enum。因此，声明这种类型的 1 位位域意味着您将获得 0 和 -1 的值。

与其将位域声明为enum 的类型，不如将它们声明为unsigned int 或unsigned char，以便正确表示值。

Answer 4

我会使用以下方法。

typedef enum { SERIAL_TEST_MODE = 0, PARALLEL_TEST_MODE = 1 } TEST_MODE_e;

然后设置值并测试值如下。

config.jumpers.Bits.TestMode = PARALLEL_TEST_MODE;
if (config.jumpers.Bits.TestMode & PARALLEL_TEST_MODE)
    ...

值为 1 将开启最低有效位，值为 0 将关闭最低有效位。

这应该可以跨多个编译器移植。