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位域

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声明
 

声明一个具有显式宽度（以位为单位）的成员。相邻的位域成员可以打包以共享和跨越各个字节。

位域声明是 结构体 或 联合体 成员声明，它使用以下声明符

标识符(可选) : 宽度
标识符 - 要声明的位域的名称。名称是可选的：无名位域引入指定数量的填充位
宽度 - 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分配单元的边界开始。

目录

[编辑] 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; 的范围为 [​0​, 7]）
  • signed int，用于有符号位域（signed int b : 3; 的范围为 [-4, 3]）
  • int，用于具有实现定义的符号性的位域（请注意，这与关键字 int 在其他任何地方的含义不同，在其他任何地方它都表示“signed int”）。例如，int b : 3; 可能具有值范围 [​0​, 7] 或 [-4, 3]。
  • _Bool，用于单比特位域（例如，bool x : 1;）的范围为 [​0​, 1]，并且与它的隐式转换遵循布尔转换规则。
 (自 C99 起)
  • 位精确整数类型（例如，_BitInt(5) : 4; 的范围为 [-8, 7]，而 unsigned _BitInt(5) : 4; 的范围为 [​0​, 15]）。
 (自 C23 起)

其他实现定义的类型可能是可接受的。位域是否可以具有原子类型也是实现定义的。(自 C11 起) 位域中的位数（宽度）设置了它可以容纳的值范围的限制

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
}

允许多个相邻的位域打包在一起（通常也是如此）

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会中断填充：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，因此无法获取位域的地址。指向位域的指针是不可能的。位域不能与 sizeof 和 _Alignas(自 C11 起)(直到 C23)alignas(自 C23 起)(自 C11 起) 一起使用。

[编辑] 注解

以下位域的用法会导致未定义行为

以下位域的属性是未指定的

  • 保存位域的分配单元的对齐方式。

以下位域的属性是实现定义的

  • 类型为 int 的位域是否被视为有符号或无符号。
  • 是否允许使用 int、signed int、unsigned int、_Bool(自 C99 起)和（可能unsigned）_BitInt(N)(自 C23 起) 以外的类型。
  • 是否允许使用原子类型。
 (自 C11 起)
  • 位域是否可以跨越分配单元边界。
  • 分配单元内位域的顺序（在某些平台上，位域从左到右打包，而在另一些平台上，位域从右到左打包）。

即使 _Bool 的对象表示形式中的位数至少为 CHAR_BIT，类型为 _Bool 的位域的宽度也不能大于 1。

 (自 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。

[编辑] 引用

  • 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 结构体和联合体说明符

[编辑] 参见

C++ 文档 关于 位域
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