具有位字段的结构的 C++ 大小

Question

我有以下三个 union :

typedef union {
    struct {
        uint16_t : 2;
        uint16_t numberOfWords : 10;
        uint16_t  : 4;
        uint16_t dataFormat : 8;
        uint16_t : 8;
    } bf;
    uint32_t dw;
} HeaderT;

typedef union {
    struct {
        uint16_t : 4;
        uint16_t lsb : 8;
        uint16_t  : 4;
        uint16_t msb : 8;
        uint16_t : 8;
    } bf;
    uint32_t dw;
} RegisterT;

typedef union {
    struct {
        uint16_t : 2;
        uint16_t lsb : 10;
        uint16_t : 2;
        uint16_t msb : 10;
        uint16_t : 8;
    } bf;
    uint32_t dw;
} BinT;

我得到 sizeof(HeaderT) == 4，sizeof(RegisterT) == 4，但是 sizeof(BinT) == 8!我也不知道为什么。

做

typedef union {
    struct {
        uint16_t : 2;
        uint16_t lsb : 10;
        uint16_t : 2;
        uint16_t msb : 10;
        uint16_t : 8;
    } bf __attribute__((packed));
    uint32_t dw;
} BinT;

没有帮助。我需要 BinT 为 32 位宽；它被内存映射到 FPGA 上的一堆寄存器。

有人知道这是怎么回事吗？我在 ARMv7 上使用 gcc。但是，我在 x86_64 VirtualBox VM 上的 gcc 上看到了同样的情况。

谢谢。

Answer 1

位域成员不能拆分为两个(或更多)原语。好吧，就标准而言，根本无法保证包装。它是实现定义的。但这是一个典型的限制，如果实现确实打包了位字段的话。

让我们看看 GCC manual 是什么说到实现定义的行为:

• Whether a bit-field can straddle a storage-unit boundary (C90 6.5.2.1, C99 and C11 6.7.2.1).

Determined by ABI.

我不确定这是否适用于 ARM，但通常 GCC 符合 64-bit Itanium spec .

(假设从左到右打包)你的基元之间的“位分布”现在是:

uint16_t: 2 10 2 // 10 won't fit anymore
uint16_t: 10     // 8 won't fit anymore
uint16_t: 8

这三个 uint16_t 不可能适合 32 位。

这个:

union BinT {
    struct {
        uint32_t : 2;
        uint32_t lsb : 10;
        uint32_t : 2;
        uint32_t msb : 10;
        uint32_t : 8;
    } bf;
    uint32_t dw;
};

应该可以工作，因为现在所有位字段都可以共享一个原语。

OK, so by changing the uint16_t's throughout to unsigned I get the expected result. I don't understand why, though

unsigned 将显示为 32 位宽。

I need BinT to be 32-bits wide

鉴于该要求，如果您希望程序可移植，您可能应该避免使用位字段。如果您使用位字段，则取决于实现定义的行为。