c - 具有位域大小的结构

Question

我尝试使用具有不同大小的位字段的结构。使用的总位数为 64。但是，当我检查结构大小时，我得到 11 而不是预期的 8。通过尝试分解结构，我发现差异来自于 day 字段。如果我打包每一位以获得 8 位包，则日字段将打包在月的“结束”和小时的“开始”之间嗯>。我不知道这是否是一个好方法。有人能给我解释一下吗？

typedef unsigned char uint8_t;

typedef struct frameHeader_t
    {
        uint8_t encryption       : 2;
        uint8_t frameVersion     : 2;
        uint8_t probeType        : 4;
        uint8_t dataType         : 5;
        uint8_t measurePeriod    : 3;
        uint8_t remontePerdiod   : 4;
        uint8_t nbrMeasure       : 2;
        uint8_t year             : 7;
        uint8_t month            : 4;
        uint8_t day              : 5;
        uint8_t hour             : 5;
        uint8_t minute           : 6;
        uint8_t second           : 6;
        uint8_t randomization    : 5;
        uint8_t status           : 4;

    }FrameHeader;

int main()
{

    FrameHeader my_frameHeader;
    printf("%d\n", sizeof(FrameHeader));
    return 0;
}

Answer 1

如果您通过 pahole 工具运行它，您应该得到一个解释:

struct frameHeader_t {
    uint8_t                    encryption:2;         /*     0: 6  1 */
    uint8_t                    frameVersion:2;       /*     0: 4  1 */
    uint8_t                    probeType:4;          /*     0: 0  1 */
    uint8_t                    dataType:5;           /*     1: 3  1 */
    uint8_t                    measurePeriod:3;      /*     1: 0  1 */
    uint8_t                    remontePerdiod:4;     /*     2: 4  1 */
    uint8_t                    nbrMeasure:2;         /*     2: 2  1 */

    /* XXX 2 bits hole, try to pack */

    uint8_t                    year:7;               /*     3: 1  1 */

    /* XXX 1 bit hole, try to pack */

    uint8_t                    month:4;              /*     4: 4  1 */

    /* XXX 4 bits hole, try to pack */

    uint8_t                    day:5;                /*     5: 3  1 */

    /* XXX 3 bits hole, try to pack */

    uint8_t                    hour:5;               /*     6: 3  1 */

    /* XXX 3 bits hole, try to pack */

    uint8_t                    minute:6;             /*     7: 2  1 */

    /* XXX 2 bits hole, try to pack */

    uint8_t                    second:6;             /*     8: 2  1 */

    /* XXX 2 bits hole, try to pack */

    uint8_t                    randomization:5;      /*     9: 3  1 */

    /* XXX 3 bits hole, try to pack */

    uint8_t                    status:4;             /*    10: 4  1 */

    /* size: 11, cachelines: 1, members: 15 */
    /* bit holes: 8, sum bit holes: 20 bits */
    /* bit_padding: 4 bits */
    /* last cacheline: 11 bytes */
};

您使用 uint8_t 作为基本类型，因此字段将被填充为 8 位组。

您应该能够完全消除填充，通过使用 unsigned long long/uint_least64_t，比使用 __attribute((packed)) 更容易移植code> (至少 64 位大)作为位域的基本类型，但从技术上讲，不保证支持位域的非 int/非 unsigned-int 基本类型，但您可以使用 unsigned (C 标准保证至少 16 位)在稍微重新组织位域之后，例如:

typedef struct frameHeader_t
{
    //16
    unsigned year             : 7;
    unsigned randomization    : 5;
    unsigned month            : 4;

    //16
    unsigned second           : 6;
    unsigned minute           : 6;
    unsigned status           : 4;

    //16
    unsigned hour             : 5;
    unsigned dataType         : 5;
    unsigned probeType        : 4;
    unsigned encryption       : 2;

    //16
    unsigned day              : 5;
    unsigned remontePerdiod   : 4;
    unsigned measurePeriod    : 3;
    unsigned nbrMeasure       : 2;
    unsigned frameVersion     : 2;

}FrameHeader; 
//should be an unpadded 8 bytes as long as `unsigned` is 16,
//32, or 64 bits wide (I don't know of a platform where it isn't)

(不能保证填充或缺少填充，但除非有必要，否则我从未见过实现插入它。)