C++ 用布尔值进行位域封装

Question

我刚刚对位域进行了测试，结果令我惊讶。

class test1 {
public:
    bool test_a:1;
    bool test_b:1;
    bool test_c:1;
    bool test_d:1;
    bool test_e:1;
    bool test_f:1;
    bool test_g:1;
    bool test_h:1;
};

class test2 {
public:
    int test_a:1;
    int test_b:1;
    int test_c:1;
    int test_d:1;
    int test_e:1;
    int test_f:1;
    int test_g:1;
    int test_h:1;
};

class test3 {
public:
    int test_a:1;
    bool test_b:1;
    int test_c:1;
    bool test_d:1;
    int test_e:1;
    bool test_f:1;
    int test_g:1;
    bool test_h:1;
};

结果是：-

sizeof(test1) = 1   // This is what I'd expect. 8 bits in a byte
sizeof(test2) = 4   // Reasonable. Maybe padded out to the size of an int.
sizeof(test3) = 16  // What???

这是您所期望的，还是编译器错误？ （Codegear C++ Builder 2007，顺便说一句...）

Answer 1

您的编译器已将 test3 的所有成员排列在整数大小边界上。 一旦块用于给定类型（整数位字段或布尔位字段），编译器就不会分配任何其他不同类型的位字段，直到下一个边界。

我怀疑这是一个错误。 它可能与您系统的底层架构有关。

编辑：

C++ 编译器将按如下方式在内存中分配位域：将按顺序分配多个连续的相同类型的位域成员。 一旦需要分配新类型，它将与下一个逻辑内存块的开头对齐。 下一个逻辑块将取决于您的处理器。 有些处理器可以对齐到 8 位边界，而其他处理器只能对齐到 16 位边界。

在 test3 中，每个成员的类型都与其之前的成员不同，因此内存分配将为 8 *（系统上的最小逻辑块大小）。 在您的情况下，最小块大小为两个字节（16 位），因此 test3 的大小为 8*2 = 16。在

可以分配 8 位块的系统上，我预计大小为 8。

Answer 2

请小心位域，因为它的大部分行为是由实现（编译器）定义的：

来自 C++03，9.6 位域（第 163 页）：

a 中位域的分配
类对象是
实现定义的。 的对齐
位字段是实现定义的。
位域被打包成一些
可寻址分配单元。
[注：位域跨式分配
单位在某些机器上而不是在
其他的。 位域已分配
在某些机器上从右到左，
对其他人从左到右。 ]

也就是说，这不是编译器中的错误，而是缺乏其行为方式的标准定义。

Answer 3

哇，这太令人惊讶了。 在 GCC 4.2.4 中，C 和 C++ 模式下的结果分别为 1、4 和 4。 这是我使用的测试程序，它可以在 C99 和 C++ 中运行。

#ifndef __cplusplus
#include <stdbool.h>
#endif
#include <stdio.h>

struct test1 {
    bool test_a:1;
    bool test_b:1;
    bool test_c:1;
    bool test_d:1;
    bool test_e:1;
    bool test_f:1;
    bool test_g:1;
    bool test_h:1;
};

struct test2 {
    int test_a:1;
    int test_b:1;
    int test_c:1;
    int test_d:1;
    int test_e:1;
    int test_f:1;
    int test_g:1;
    int test_h:1;
};

struct test3 {
    int test_a:1;
    bool test_b:1;
    int test_c:1;
    bool test_d:1;
    int test_e:1;
    bool test_f:1;
    int test_g:1;
    bool test_h:1;
};

int
main()
{
    printf("%zu %zu %zu\n", sizeof (struct test1), sizeof (struct test2),
                            sizeof (struct test3));
    return 0;
}

Answer 4

作为一般观察，1 位的有符号 int 没有多大意义。 当然，您也许可以弄清楚如何在其中存储 0，但麻烦就开始了。

一位必须是符号位，即使是二进制补码，但您只有一位可以使用。 因此，如果将其分配为符号位，则没有剩余位用于实际值。 正如 Steve Jessop 在评论中指出的那样，如果使用二进制补码，您可能可以表示 -1，但我仍然认为只能表示 0 和 -1 的“整数”数据类型是一件相当奇怪的事情。

对我来说，这种数据类型没有任何意义（或者，根据史蒂夫的评论，没什么）。

使用unsigned intsmall : 1;使其无符号，然后您可以以非二义性的方式存储值0和1。

Answer 5

#include <iostream>
using namespace std;

bool ary_bool4[10];

struct MyStruct {
    bool a1 :1;
    bool a2 :1;
    bool a3 :1;
    bool a4 :1;
    char b1 :2;
    char b2 :2;
    char b3 :2;
    char b4 :6;
    char c1;
};

int main() {
    cout << "char size:\t" << sizeof(char) << endl;
    cout << "short int size:\t" << sizeof(short int) << endl;
    cout << "default int size:\t" << sizeof(int) << endl;
    cout << "long int size:\t" << sizeof(long int) << endl;
    cout << "long long int size:\t" << sizeof(long long int) << endl;
    cout << "ary_bool4 size:\t" << sizeof(ary_bool4) << endl;
    cout << "MyStruct size:\t" << sizeof(MyStruct) << endl;
    // cout << "long long long int size:\t" << sizeof(long long long int) << endl;
    return 0;
}

char size: 1
short int size: 2
default int size: 4
long int size: 4
long long int size: 8
ary_bool4 size: 10
MyStruct size: 3

Answer 6

来自“Samuel P. Harbison，Guy L. Steele] CA 参考”：

问题：

“编译器可以自由地对位字段的最大大小施加约束，并指定位字段的某些寻址边界无法跨越。”

可以在标准内完成的操作：

“未命名的位字段也可以包含在结构中以提供填充。”

“为未命名的位字段指定长度为 0 具有特殊含义 - 它表示不应将更多的位字段打包到前一个位字段所在的区域中...这里的区域表示一些隐式定义的存储单元”

这是您所期望的，还是编译器错误？

所以在 C89、带有修正 I 的 C89、C99 中 - 这不是一个错误。 关于 C++ 我不知道，但我认为行为是相似的。