c++ - 如何使用结构和位域来确保精确的位顺序

Question

我一直在搜索这个主题，我希望最终能在这里找到答案。

我想为特定硬件使用一个结构，我想在 C 中实现它；这是我想要的数据包:

typedef struct {
    quint8 startByte        :8;
    quint16 ch1             :11;
    quint16 ch2             :11;
    quint16 ch3             :11;
    quint16 ch4             :11;
    quint16 ch5             :11;
    quint16 ch6             :11;
    quint16 ch7             :11;
    quint16 ch8             :11;
    quint16 ch9             :11;
    quint16 ch10            :11;
    quint16 ch11            :11;
    quint16 ch12            :11;
    quint16 ch13            :11;
    quint16 ch14            :11;
    quint16 ch15            :11;
    quint16 ch16            :11;
    quint8 endByte1         :8;
    quint8 endByte          :8;
}packet;

如果计算大小，它是 25 个字节。但是当我使用 sizeof(packet) 时，我得到 46。现在我正在使用 Qt 5.5，我还想在带有 AVR 的 Atmel studio 7 中使用此代码。顺便说一下，我还使用了 #pragma pack(1) 和 __attribute__((__packed__)) 并得到了 sizeof(packet) 相等到 35。

Answer 1

您有 16 个短裤 * 2 个字节 = 32 个字节 + 起始字节 + 两个结束字节 - 如果它被打包，则总共 35 个字节。由于您对 11 位字段使用 16 位数据类型，因此您只剩下 5 个字节 - 您无法将 11 位字段放入 5 位，因此这 5 位基本上被浪费了。

0123456789ABCDEF0123456789ABCDEF0123456789ABCDEF
| field 1 |xxxxx| field 2 |xxxxx| field 3 |xxxxx

如果我没理解错的话，你想要实现的更像是这样:

0123456789ABCDEF0123456789ABCDEF0123456789ABCDEF
| field  1 | field  2 | field  3 | field  4 |...

我不确定编译器是否可以为您生成这样的布局，但正如评论中已经提到的，您可以手动完成。编译器没有这样做，因为这样做效率低下 - 为了读取跨越边界的字段，您必须执行两次读取、掩码、移位并将最终结果组合在一起。

我链接的答案详细解释了位操作，这里唯一不同的是你会跨越边界。

| byte1 | byte2 | byte3 | byte4 |
0123456701234567012345670123456701
| field  1 | field  2 | field  3 |

例如，您想要读取字段 2 - 它的索引为 1，因此 1 * 11 = 11 - 这是字段的位偏移量。 11/8 = 1，余数为 3。这意味着它的值从第二个字节的第 3 位开始，占据其中的 8 - 3 = 5 位，以及下一个字节的 11 - 5 = 6 位。假设字段值为 00100110111。

| byte1 | byte2 | byte3 | byte4 |
0123456701234567012345670123456701
| field  1 | field  2 | field  3 |
        xxx00100110111xx

该值将包含在两个字节 xxx00100 和 110111xx 中，可以通过将两个字节移位和组合来重构它，如下所示:

xxx00100          << 8 AND
        110111xx
xxx00100110111xx

然后将其左移 3 以从前一个字段中删除前 3 位，然后将其右移 3 + 2 以从下一个字段中删除最后 2 位，您将得到 0000000100110111 简而言之就是该字段的值。

写入字段的过程是相似的，但是，请确保您没有破坏相邻字段中的位 - 您需要保存并在为目标字段写入字节时正确恢复这些位。