是否应该不鼓励使用 int 类型的位域？ [关闭]

Question

来自 C++ 标准草案 (N3337)：

9.6 位域

4 如果值true 或false 存储到任何大小的bool 类型的位域（包括一位位域），则原始bool 值和位域应比较相等。如果枚举数的值存储在相同枚举类型的位域中，并且位域中的位数大到足以容纳该枚举类型（7.2）的所有值，则原始枚举值和位域的值应该比较相等。

该标准对其他类型的位字段的任何此类行为没有作出承诺。为了了解 g++ (4.7.3) 如何处理其他类型的位域，我使用了以下测试程序：

#include <iostream>

enum TestEnum
{
   V1 = 0,
   V2
};

struct Foo
{
   bool          d1:1;
   TestEnum      d2:1;
   int           d3:1;
   unsigned int  d4:1;
};

int main()
{
   Foo foo;
   foo.d1 = true;
   foo.d2 = V2;
   foo.d3 = 1;
   foo.d4 = 1;

   std::cout << std::boolalpha;

   std::cout << "d1: " << foo.d1 << std::endl;
   std::cout << "d2: " << foo.d2 << std::endl;
   std::cout << "d3: " << foo.d3 << std::endl;
   std::cout << "d4: " << foo.d4 << std::endl;
   std::cout << std::endl;

   std::cout << (foo.d1 == true) << std::endl;
   std::cout << (foo.d2 == V2) << std::endl;
   std::cout << (foo.d3 == 1) << std::endl;
   std::cout << (foo.d4 == 1) << std::endl;

   return 0;
}

输出：

d1：真 d2：1 d3：-1 d4：1 真的 真的 错误的 真的

我对与Foo::d3 对应的输出行感到惊讶。输出与ideone.com 相同。

由于标准对int 类型的位域的比较没有明确规定，g++ 似乎没有违反标准。这让我想到了我的问题。

使用int 类型的位域是个坏主意吗？是否应该气馁？

Answer 1

是的，int 类型的位字段是个坏主意，因为它们的符号是实现定义的。请改用signed int 或unsigned int。

对于非位域声明，类型名称int 完全等同于signed int（或int signed，或signed）。 short、long 和 long long 遵循相同的模式：未修饰的类型名称是 signed 版本，您必须添加 unsigned 关键字来命名相应的 unsigned输入。

由于历史原因，位域是一种特殊情况。使用int 类型定义的位域或者与signed int 的相同声明或unsigned int 的相同声明等效。选择是实现定义的（即取决于编译器，而不是程序员）。位域是唯一一个int 和signed int 不是（必然）同义的上下文。这同样适用于char、short、long 和 long long。

引用 C++11 标准，第 9.6 节 [class.bit]：

它是实现定义的是否普通（既不明确 签名或未签名）char、short、int、long或long long 位域是 签名或未签名。

（我不完全确定这样做的理由。非常旧的 C 版本没有 unsigned 关键字，并且无符号位字段通常比有符号位字段更有用。可能是早期的C 编译器在引入unsigned 关键字之前实现了位域。默认情况下使位域无符号，即使声明为int，可能只是为了方便。除了避免之外，没有真正的理由保留该规则破坏旧代码。）

大多数位字段都是无符号的，这当然意味着它们应该这样定义。

如果您想要一个 有符号 位字段（例如，一个 4 位字段，可以表示从 -8 到 +7 的值，或在非二进制补码上表示从 -7 到 +7 的值system），那么您应该明确地将其定义为signed int。如果将其定义为int，那么一些编译器会将其视为unsigned int。

如果你不关心你的位域是有符号还是无符号，那么你可以将它定义为int——但是如果你定义一个位域，那么你几乎可以肯定做 关心它是签名的还是未签名的。

Answer 2

您绝对可以使用不大于unsigned int 大小的任何大小的unsigned 位域。虽然signed 位域是合法的（至少在宽度大于一的情况下），但我个人不喜欢使用它们。但是，如果您确实想要使用有符号位域，则应将其显式标记为 signed，因为它取决于实现，即不合格的 int 位域是有符号还是无符号。 （这类似于char，但没有明确不合格的char* 文字的复杂功能。）

因此，我同意不鼓励使用 int 位域。 [注 1] 虽然我不知道 int 位域是隐式无符号的任何实现，但它肯定是标准允许的，因此如果您不明确，则有很多实现特定于实现的意外行为的机会关于标志。

标准规定有符号整数表示由可选填充位、一个符号位和值位组成。虽然标准不保证至少有一个值位，但正如 OP 中的示例所示，gcc 并不坚持存在 - 我认为这是对标准的合理解释，因为它明确允许没有填充位，并且没有任何对应于值位的此类措辞。

无论如何，只允许三种可能的签名表示：

• 2 的补码，其中由1 组成的一位字段应解释为-1

• 1 的补码和符号大小。在这两种情况下，由1 组成的单个位字段被允许作为陷阱表示，因此可以在 1 位有符号位字段中表示的唯一数字是0。

由于可移植代码不能假设 1 位有符号位域可以表示任何非零值，因此坚持有符号位域至少有 2 位似乎是合理的，无论您是否解释标准（ s) 实际需要与否。

---

注意事项：

1. 确实，如果不是因为字符串字面量是明确不合格的，我宁愿总是指定unsigned char。但在这一点上没有办法回滚历史。）

Answer 3

int是signed，在C++中可以使用Two's complement，所以在第一个int的字节符号中可以存储。当signed int有2位时，可以等于1，see it working。

Answer 4

这完全合乎逻辑。 int 是有符号整数类型，如果底层架构使用二进制补码来表示有符号整数（就像所有现代架构一样），那么高位就是符号位。因此，1 位有符号整数位域可以采用值 0 或 -1。例如，一个 3 位有符号整数位域的值可以介于 -4 和 3 之间。

只要您了解二进制补码表示，就没有理由全面禁止有符号整数位域。