c++ - MSVC 1 位枚举类型等于 -1 且相等性测试失败

Question

我已经定义了一个枚举类型的位域来匹配嵌入式系统中的一组位。我正在尝试在 MSVC 中编写测试工具对于代码，但是比较应该相等的值会失败。

定义如下:

typedef enum { SERIAL, PARALLEL } MODE_e;
typedef union {
    struct {
        TYPE_e      Type    : 1;    // 1
        POSITION_e  1Pos    : 1;    // 2
        POSITION_e  2Pos    : 1;    // 3
        bool        Enable  : 1;    // 4
        NET_e       Net     : 1;    // 5
        TYPE_e      Type    : 1;    // 6
        bool        En      : 1;    // 7
        TIME_e      Time    : 3;    // 8-10
        MODE_e      Mode    : 1;    // 11
        bool        TestEn  : 1;    // 12
        bool        DelayEn : 1;    // 13
        MODE_e      Mode    : 1;    // 14
        bool        xEn     : 1;    // 15
        MODE_e      yMode   : 1;    // 16
        bool        zEnable : 1;    // 17
    } Bits;
    uint32_t Word;
} BITS_t;

稍后以下比较失败:

Store.Bits.Mode = PARALLEL;
if (store.Bits.Mode == PARALLEL)
    ...

我检查了调试器中的 Mode bool 值，它看起来很奇怪。 Mode 的值为-1。

就好像 MSVC 认为这个值是一个 two's complement数字，但 1 位宽，所以 0b1 是十进制 -1。枚举将 PARALLEL 设置为 1，因此两者不匹配。

使用 LLVM 在嵌入式方面进行比较效果很好或海湾合作委员会。

哪种行为是正确的？我假设 GCC和 LLVM 在位字段等领域比 MSVC 对 C 标准的支持更好。更重要的是，我能否在不对嵌入式代码进行重大更改的情况下解决这一差异？

Answer 1

详细剖析这个，你有以下问题:

• 不能保证 Type : 1 是 MSB 或 LSB。通常，根本无法保证内存中的位域布局。

• 如其他答案中所述，枚举变量(与枚举常量不同)具有实现定义的大小。这意味着您无法便携地知道它们的大小。此外，如果大小与 int 或 _Bool 不同，则编译器根本不需要支持它。

• 枚举通常是有符号整数类型。当你创建一个带符号类型的大小为 1 的位域时，包括标准在内的任何人都不知道这意味着什么。它是您打算存储在那里的符号位还是数据？

• 未指定 C 标准称为位域内“存储单元”的大小。通常它是基于对齐的。 C 标准确实保证，如果您有多个相同类型的位字段彼此尾随，则它们必须合并到同一个存储单元中(如果有空间)。对于不同的类型，没有这样的保证。

  当您从一种类型如 POSITION_e 转换为另一种类型 bool 时，编译器将它们放在不同的存储单元中是很常见的。实际上，这意味着每当发生这种情况时，填充位插入的风险就很高。许多主流编译器实际上就是这样做的。

• 此外，结构或 union 可以在任何地方包含填充字节。

• 此外还有字节顺序问题。

结论:位域不能用于需要任何形式的可移植性的程序中。它们不能用于内存映射。

此外，您真的不需要所有这些抽象层 - 它只是一个简单的拨码开关，而不是航天飞机! :)

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解决方法:

我强烈建议放弃所有这些，转而使用普通的 uint32_t。您可以使用纯整数常量屏蔽单个位:

#define DIP_TYPE (1u << 31)
#define DIP_POS   (1u << 30)
...

uint32_t dipswitch = ...;
bool actuator_active = dipswitch & DIP_TYPE; // read
dipswitch |= DIP_POS;     // write

这是一种高度便携、定义明确、标准化且符合 MISRA-C 标准的软件 - 您甚至可以在不同的字节顺序架构之间移植它。它解决了上述所有问题。