c - 为什么普通变量不允许位域？

Question

我想知道为什么位域与 union/结构一起工作，而不与像 int 或 short 这样的普通变量一起工作。
这有效:

struct foo {
    int bar : 10;
};

但这失败了:

int bar : 10; // "Expected ';' at end of declaration"

为什么此功能仅适用于 union/结构而不适用于变量？技术上不一样吗？

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编辑:

如果允许的话，你可以创建一个 3 字节的变量，而不必每次都使用结构/union 成员。这就是我对结构的处理方式:

struct int24_t {
    int x : 24 __attribute__((packed));
};

struct int24_t var; // sizeof(var) is now 3
// access the value would be easier:
var.x = 123;

Answer 1

这是一个主观问题，“规范为什么这么说？”但我会全力以赴。

函数中的变量通常具有“自动”存储，而不是其他持续时间之一(静态持续时间、线程持续时间和分配的持续时间)。

在结构中，您显式定义了某个对象的内存布局。但是在函数中，编译器会以某种未指定的方式自动为您的变量分配存储空间。这里有一个问题:x 在堆栈上占用了多少字节？

// sizeof(unsigned) == 4
unsigned x;

可以占用4个字节，也可以占用8个，或者12个，或者0个，也可以同时放入三个不同的寄存器，或者栈和一个寄存器，也可以得到四个位置在堆栈上。

重点是编译器正在为您进行分配。由于您没有进行堆栈布局，因此不应指定位宽。

扩展讨论: 位域实际上有点特殊。规范指出相邻的位域被打包到同一个存储单元中。位域实际上不是对象。

1. 您不能sizeof() 位域。

2. 您不能 malloc() 位域。

3. 您不能&addressof位域。

所有这些你都可以用 C 中的对象来做，但不能用位域。位域是一种专为结构而生的特殊东西。

关于 int24_t(更新):它适用于某些架构，但不适用于其他架构。它甚至略有便携性。

typedef struct {
    int x : 24 __attribute__((packed));
} int24_t;

在 Linux ELF/x64、OS X/x86、OS X/x64 上，sizeof(int24_t) == 3。但是在 OS X/PowerPC 上，sizeof(int24_t) == 4。

注意 GCC 为加载 int24_t 生成的代码基本上等同于此:

int result = (((char *) ptr)[0] << 16) |
             (((unsigned char *) ptr)[1] << 8) |
             ((unsigned char *)ptr)[2];

在 x64 上有 9 条指令，只是为了加载一个值。