位域

 

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声明一个具有显式位宽的成员。相邻的位域成员可以打包，共享和跨越单个字节。

位域声明是一个 struct 或 union 成员声明，它使用以下声明符

identifier (可选) : width

identifier	-	正在声明的位域的名称。名称是可选的：无名位域引入指定数量的填充位
width	-	一个整数常量表达式，其值大于或等于零，且小于或等于底层类型中的位数。当大于零时，这是此位域将占用的位数。值零仅允许用于无名位域，并且具有特殊含义：它指定类定义中的下一个位域将从一个分配单元的边界开始。

解释

位域只能具有以下类型之一（可能带有 const 或 volatile 限定符）

• unsigned int，用于无符号位域（例如 unsigned int b : 3; 的范围是 [​0​, 7]）
• signed int，用于有符号位域（signed int b : 3; 的范围是 [-4, 3]）
• int，用于具有实现定义有符号性的位域（请注意，这与关键字 int 在其他任何地方的含义不同，其他地方表示“signed int”）。例如，int b : 3; 的值范围可能是 [​0​, 7] 或 [-4, 3]。

_Bool，用于单比特位域（例如 bool x : 1;）的范围是 [​0​, 1]，并且其隐式转换遵循布尔转换规则。	(C99 起)
位精确整数类型（例如 _BitInt(5) : 4; 的范围是 [-8, 7]，而 unsigned _BitInt(5) : 4; 的范围是 [​0​, 15]）。	(自 C23 起)

其他实现定义的类型可能被接受。位域是否可以具有原子类型也是实现定义的。(C11 起) 位域中的位数（width）设定了它可以容纳的值的范围限制

运行此代码

#include <stdio.h>
 
struct S
{
    // three-bit unsigned field,
    // allowed values are 0...7
    unsigned int b : 3;
};
 
int main(void)
{
    struct S s = {7};
    ++s.b; // unsigned overflow
    printf("%d\n", s.b); // output: 0
}

允许（并且通常会）将多个相邻位域打包在一起

运行此代码

#include <stdio.h>
 
struct S
{
    // will usually occupy 4 bytes:
    // 5 bits: value of b1
    // 11 bits: unused
    // 6 bits: value of b2
    // 2 bits: value of b3
    // 8 bits: unused
    unsigned b1 : 5, : 11, b2 : 6, b3 : 2;
};
 
int main(void)
{
    printf("%zu\n", sizeof(struct S)); // usually prints 4
}

宽度为零的特殊“无名位域”用于打破填充：它指定下一个位域从下一个分配单元的开头开始。

运行此代码

#include <stdio.h>
 
struct S
{
    // will usually occupy 8 bytes:
    // 5 bits: value of b1
    // 27 bits: unused
    // 6 bits: value of b2
    // 15 bits: value of b3
    // 11 bits: unused
    unsigned b1 : 5;
    unsigned    : 0; // starts a new unsigned int
    unsigned b2 : 6;
    unsigned b3 : 15;
};
 
int main(void)
{
    printf("%zu\n", sizeof(struct S)); // usually prints 8
}

由于位域不一定从字节的开头开始，因此不能获取位域的地址。不支持指向位域的指针。位域不能与 sizeof 和 _Alignas(C11 起)(C23 前)alignas(C23 起)(C11 起) 一起使用。

注意

以下位域用法会导致未定义行为

• 对位域调用 offsetof。

位域的以下属性未指定

• 包含位域的分配单元的对齐方式。

位域的以下属性实现定义

• 类型为 int 的位域是被视为有符号还是无符号。
• 是否允许除了 int、signed int、unsigned int、_Bool(C99 起)，以及（可能为 unsigned）_BitInt(N)(C23 起) 之外的类型。

是否允许原子类型。

(C11 起)

• 位域是否可以跨越分配单元边界。
• 位域在分配单元内的顺序（在某些平台上，位域从左到右打包，在其他平台上从右到左）。

尽管 _Bool 的对象表示中的位数至少为 CHAR_BIT，但类型为 _Bool 的位域的 width 不能大于 1。

(C99 起)

在 C++ 编程语言中，位域的宽度可以超过底层类型的宽度（但额外的位是填充位），并且类型为 int 的位域始终是有符号的。

参考

• C23 标准 (ISO/IEC 9899:2024)

• 6.7.2.1 结构体和联合体说明符

• C17 标准 (ISO/IEC 9899:2018)

• 6.7.2.1 结构体和联合体说明符

• C11 标准 (ISO/IEC 9899:2011)

• 6.7.2.1 结构体和联合体说明符

• C99 标准 (ISO/IEC 9899:1999)

• 6.7.2.1 结构体和联合体说明符

• C89/C90 标准 (ISO/IEC 9899:1990)

• 3.5.2.1 结构体和联合说明符

另见

C++ 文档 关于 位域