c - 为什么一位 `int` 位域的值是 0 和 −1？

Question

为什么这段代码会产生所示的输出？

    #include<stdio.h>
    struct sample{
        int x:1;
    }a[5]={0,1,2,3,4};
    int main(){
        int i;
        for(i=0;i<5;++i){
            printf("%d ",a[i].x);
        }
        return 0;
    }

使用 OnlineGDB 编译和执行时的输出是:

0 -1 0 -1 0 

Answer 1

int x:1 充当有符号的一位整数。根据 C 2018 6.7.2 5，实现可能会将声明为 int 的位字段视为 unsigned int，但您使用的 C 实现似乎将其视为已签名。

此外，C 实现使用二进制补码。在二进制补码中，一个 n 位整数有 1 个符号位和 n−1 个值位。由于您的整数是一位，因此它有一个符号位和零值位。根据二进制补码规范 (C 2018 6.2.6.2 2)，符号位的值为 −2^M，其中 M 是值位数。因为它是零，所以符号位的值为 −2⁰ = −1。

因此，当位为零时，位域的值为 0，当位为 1 时，位域的值为 -1。¹

在使用 ={0,1,2,3,4}; 进行初始化期间，数组中的第一个位字段设置为零。但是，其他溢出位域中可表示的值。根据 C 2018 6.3.1.3 3，生成实现定义的结果或引发实现定义的信号。此 C 实现似乎正在生成源值的低位作为位域中位的值。这会在五个位字段中产生位 0、1、0、1 和 0，分别表示值 0、-1、0、-1 和 0。因此，当它们被打印时，值 0、-1、 0、-1 和 0 结果。

脚注

¹ 这可能被视为二进制补码正常工作方式的自然结果:对于八位，范围是 −128…127。对于四位，范围是 −16…15。比特越来越少，范围是-8…7、-4…3、-2…1，最后是-1…0。