在结构体中使用位（bit）和整型（int）的方法

Question

   #include<stdio.h>
   struct a
   {
      int a:4;
   };
   main(){
   struct a aa;
   aa.a=9;
   printf("a=%d\n",aa.a);
   return 0;
   }

这里的输出是-7，为什么会这样？int a:4到底是干什么用的？请解释一下。

- Raja Narayan

Answer 1

由于它是二进制补码，最高位用于表示符号。通过写a：4，您要求仅分配4位内存，这会为实际数字留下3位。因此，我们的有效范围是[-8,7]。由于所有1都是-1，负面还有一个额外的数字。有关更多解释，请参见上面的链接。

9在（无符号）二进制中为：1001。当您将其放入a（有符号）中时，由于初始1，您将得到a为负数，并且由于以下数字为001，因此我们将最大负数加1，从而给出-7。

如果您想仅使用4位存储数字9，则需要使用unsigned int，这将为您提供[0,15]的范围。

编辑：
如果有人不明白为什么1001带符号的结果是-7，请考虑以下内容：

由于1111等于-1，让变量value=-1。

要确定负（带符号）int num的值，请将x_i在num中表示如下：

x_i：{0,1}，其中i=0表示最低有效位。

然后，对于每个x_i=0，从value中减去2ⁱ。

例如：

1001：

value = -1 - 2¹ - 2² = -7

- Steve P.

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在位字段中的int默认可能是unsigned int。在OP的情况下似乎不是这样，但阅读文档从来没有坏处。 - Carl Norum

好问题，非常好的答案！我验证了无符号类型将给出预期的答案。 - lsk

我更喜欢将MSB的值视为-2^3 + 2^0，这样所有非MSB都具有其通常的值。 - Doug Currie

是的，这就是我在编辑之前考虑的方式，但我也想展示一种替代方案。 - Steve P.

Answer 2

你的字段是一个4位有符号整数。对于有符号整数来说，最高位是符号位，这意味着你只有3位用于实际数字。你可以存储在该字段中的数字范围是-8到7（假设使用2的补码存储）。

9的位模式为1001，它的第4位被设置，这意味着它被解释为负数，这就是为什么它打印出来是-7的原因。如果你期望得到-1，你需要阅读关于2的补码的资料。

如果你想在该字段中存储9，将a设置为unsigned int。

- shf301

Answer 3

你只为该字段保留了4位，其中1位用于符号，因此仅剩下3位可用于正数。因此，你只能存储最多7的值。

- Jens Gustedt

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请用二进制表示法解释一下，可以吗？ - Raja Narayan

Answer 4

确实需要使用无符号 int：

#include<stdio.h>
struct a
{
  unsigned a:4; //  <-- unsigned indeed int, then work good
};
main(){
struct a aa;
aa.a=9;
printf("a=%d\n",aa.a);
return 0;
}

输出:

   a=9

- user2107435