c - 位域如何在 C 中工作？

Question

我刚刚了解了 C 中的位域，我开始好奇编译器是如何实现这个特性的。就我对 C 编译器的了解而言，无法单独访问单个位。

Answer 1

位域是通过读取周围的可寻址内存单元(字节或字)、屏蔽和移位来实现的。

更准确地说，读取一个位域被实现为读移位掩码，写入一个位域被实现为读掩码移位值以写或写。

这是相当昂贵的，但如果您打算紧凑地存储数据并愿意为按位操作付出代价，那么位字段在源代码级别为您可以拥有的相同操作提供更清晰、更轻便的语法手写的。您失去的是对布局的控制(标准没有指定如何从包含字分配位字段，这在不同编译器之间的差异比按位运算的含义更大)。

每当您对 C 编译器对给定结构的作用有疑问时，您总是可以阅读汇编代码:

struct s { 
  unsigned int a:3;
  unsigned int b:3;
} s;

void f(void)
{
  s.b = 5;
}

int g(void)
{
  return s.a;
}

这是由 gcc -O -S 编译为:

_f:                                     ## @f
    .cfi_startproc
## BB#0:
    pushq   %rbp
Ltmp2:
    .cfi_def_cfa_offset 16
Ltmp3:
    .cfi_offset %rbp, -16
    movq    %rsp, %rbp
Ltmp4:
    .cfi_def_cfa_register %rbp
    movq    _s@GOTPCREL(%rip), %rax 
    movb    (%rax), %cl ; read
    andb    $-57, %cl ; mask 
    orb $40, %cl ; since the value to write was a constant, 5, the compiler has pre-shifted it by 3, giving 40
    movb    %cl, (%rax) ; write
    popq    %rbp
    retq
    .cfi_endproc

    .globl  _g
    .align  4, 0x90
_g:                                     ## @g
    .cfi_startproc
## BB#0:
    pushq   %rbp
Ltmp7:
    .cfi_def_cfa_offset 16
Ltmp8:
    .cfi_offset %rbp, -16
    movq    %rsp, %rbp
Ltmp9:
    .cfi_def_cfa_register %rbp
    movq    _s@GOTPCREL(%rip), %rax
    movzbl  (%rax), %eax
    andl    $7, %eax
    popq    %rbp
    retq
    .cfi_endproc