C 位域变量正在打印意外值

Question

struct m

{
   int parent:3;

   int child:3;

   int mother:2;
};

void main()
{

   struct m son={2,-6,5};

   printf("%d %d %d",son.parent,son.child,son.mother);
}

任何人都可以帮忙告诉为什么程序的输出是 2 2 1 ?

Answer 1

取出所示字段的所有有效位:

parent: 3 bits (1-sign bit + 2 more), value 010, result 2
child:  3 bits (1-sign bit + 2 more), value 010, result 2
mother: 2 bits (1 sign bit + 1 more), value  01, result 1

详情
值得指出的是，您的结构字段声明为 int位域值。根据 C99-§6.7.2,2，以下类型都是等价的: int , signed , 或 signed int .因此，您的结构字段已签名。根据 C99-§6.2.6.2,2，您的位之一将用于表示变量的“符号”(负数或正数)。此外，同一部分指出，不包括符号位，剩余位表示必须对应于剩余位计数的相关无符号类型。 C99-§6.7.2,1 清楚地定义了这些位中的每一个如何表示 2 的幂。因此，通常用作符号位的唯一位是最高有效位(它是唯一剩下的，但是我很确定这是否是对标准的不准确解释，我会在适当的时候听到它)。您将负数指定为用于您的样本的测试值之一表明您可能意识到这一点，但许多新接触位域的人却没有意识到这一点。因此，值得注意。
本答案的其余部分引用了 C99 标准的以下部分。第一个处理不同类型的促销，接下来是估值和潜在的值(value)变化(如果有的话)。最后一个对于理解位域的方式很重要 int -类型确定。

C99-§6.3.1.1: Boolean, characters, and integers

2: If an int can represent all values of the original type (as restricted by the width, for a bit-field), the value is converted to an int; otherwise, it is converted to an unsigned int. These are called the integer promotions. All other types are unchanged by the integer promotions.

C99-§6.3.1.3 Signed and unsigned integers

1. When a value with integer type is converted to another integer type other than _Bool, if the value can be represented by the new type, it is unchanged.
2. Otherwise, if the new type is unsigned, the value is converted by repeatedly adding or subtracting one more than the maximum value that can be represented in the new type until the value is in the range of the new type.
3. Otherwise, the new type is signed and the value cannot be represented in it; either the result is implementation-defined or an implementation-defined signal is raised.

C99-§6.7.2.1 Structure and Union Specifiers

10: A bit-field is interpreted as having a signed or unsigned integer type consisting of the specified number of bits. If the value 0 or 1 is stored into a nonzero-width bit-field of type _Bool, the value of the bit-field shall compare equal to the value stored; a _Bool bit-field has the semantics of a _Bool.

考虑常规 int测试值的位表示。以下是 32 位 int执行:

value : s  bits 
    2 : 0  0000000 00000000 00000000 00000010   <== note bottom three bits
   -6 : 1  1111111 11111111 11111111 11111010   <== note bottom three bits
    5 : 0  0000000 00000000 00000000 00000101   <== note bottom two bits

遍历其中的每一个，应用上述标准引用中的要求。
int parent:3 :第一个字段是一个 3 位有符号 int ，并被分配十进制值 2 .是否右值类型， int ，包含左值类型， int:3 ?是的，所以类型很好。值是否 2适合左值类型的范围吗？那么， 2可以轻松装入 int:3 ，因此也不需要进行任何值(value)处理。第一个字段工作正常。
int child:3 : 第二个字段也是一个 3 位有符号 int ，这次被分配了十进制值 -6 .再一次，右值类型( int )是否完全包含左值类型( int:3 )？是的，所以类型也很好。但是，最小位数需要表示 -6 ，一个带符号的值，是 4 位。 ( 1010 )，将最高位作为符号位。因此值 -6超出了 3 位有符号位域的允许存储范围。因此，结果是根据 §6.3.1.3-3 实现定义的。
int mother:2 最后一个字段是一个 2 位有符号 int ，这次被分配了十进制值 5. 再一次，右值类型( int )是否完全包含左值类型( int:2 )？是的，所以类型也很好。然而，我们再次面临一个无法适应目标类型的值。表示有符号正数所需的最小位数 5是四:(0101)。我们只有两个可以合作。因此，结果再次根据 §6.3.1.3-3 由实现定义。
因此，如果我正确地理解了这一点，那么在这种情况下的实现只是砍掉除了存储填充声明位深度所需的所有位之外的所有位。那个hackery的结果就是你现在拥有的。 2 2 1
备注
完全有可能我错误地翻转了促销顺序(我很容易迷失在标准中，因为我有阅读障碍并且经常在脑海中翻转东西)。如果是这种情况，我会询问对标准有更强解释的人，请向我指出这一点，我将相应地回答答案。