c - 这个位域会按我预期的方式工作吗？

Question

我一直在阅读有关 C 中的位域的一些资料，C 标准如何不强制执行机器字中字段的任何特定顺序，等等。

我希望这个问题适合 SO 的格式。

我的问题是我的结构(定义如下)是否会按照我期望的方式执行。这是我想出的定义，然后我将讨论我想要什么:

typedef enum {
   STATE_ONE,
   STATE_TWO,
   STATE_THREE,
   STATE_FOUR
} __attribute__ ((packed)) State;

typedef struct MyStruct {
   // One of State enum (maximum of 4 states).
   unsigned state : 2;

   // Remaining 30 bits are used differently depending on 'state'.
   union {
      // If 'state' is STATE_ONE (0), the remaining bits are an ID number.
      unsigned id : 30;

      /* 
       * For all other states, the remaining bits are the 2-tuple:
       *  (buffer A index, buffer B index).
       */
      struct {
         unsigned bufferAIdx : 16;
         unsigned bufferBIdx : 14;
      } __attribute__ ((packed)) index;
   } __attribute__ ((packed));
} __attribute__ ((packed)) MyStruct;

(这是针对 gcc 的，因此是 __attribute__ 指令)。

您可能会知道我要做什么:根据“状态”字段的值，我想将剩余的 30 位用于不同的目的。它们应该是一个 ID 号，或者是各种缓冲区的索引的 2 元组。 并且，MyStruct 的每个实例最多应适合 5 个字节。

所以我想做的就是达到这种效果:

MyStruct a, b;
a.state = STATE_ONE;
a.id = 123456;

b.state = STATE_THREE;
b.index.bufferAIdx = 6;
b.index.bufferBIdx = 2;

主要是我在寻找关于这是否是“正确的事情”的意见。换句话说，我在这里滥用了位域/union 的想法吗？如果您要成为此代码的维护者，看到此内容您会惊恐地畏缩吗？或者，您是否希望看到整个数据对象存储在 uint32_t 类型中并通过屏蔽和移位进行操作？

Answer 1

由于任何 union 或 struct 的开头都将在边界上对齐，因此您无法以这种方式将所有数据放入 32 位。您应该以相反的方式封装您的 union 和 struct，如下所示(为了便于阅读而删除了属性):

typedef struct MyStruct {
   union {
      struct {
         unsigned state :  2;
         unsigned id    : 30;
      }
      struct {
         unsigned /* unused */ :  2; 
         unsigned bufferAIdx   : 16;
         unsigned bufferBIdx   : 14;
      };
   };
};