为什么位域必须是整数类型？

Question

为什么位域必须是整数类型？

cintegerbit-fields

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我搜索过的所有书籍、互联网上的所有教程和SO上的所有问答都说，位域必须是整数类型。为什么呢？

- zubergu

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问一下相反的问题。我搜索过的每一本书，互联网上的每一个教程都说位域不能是浮点类型、字符串或复杂对象。为什么呢？ - Robert Harvey

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拥有一个浮点位域意味着什么？ - Jonathan Leffler

4个回答

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整数是一组简单的加权位。它们安静、低调，并且容易进行位操作。

几乎每种其他数据类型都需要进行某种形式的解释：浮点数有两个部分，即尾数和指数；字符串是……好吧，是字节（或Unicode值）的字符串。结构体或数组指针可以表示几乎任何东西。

例如，我可以轻松地将32位存储在一个整数中，并像这样检索它们（类C伪代码）：

int GetBit(int field, int position)
{
    return field & 1 << position;
}

返回值是一个整数，其值为1或0。

一个字节（8位）可以说是计算机系统中最基本的单位；计算机不能直接检索小于一个字节的位数，现在大多数计算机以多字节的方式检索位。 32位计算机一次检索... 32个位; 这就是我们谈论的32位整数。

- Robert Harvey

@CarlNorum - 浮点数的其余属性将使其变得困难。每个位置的加权不是一个问题吗？ - ryyker

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这只是位域的定义方式，它们只能采用（某些）整数类型，并被解释为整数值。

C.11 §6.7.2.1 ¶5：

位域应具有限定或未限定版本的 _Bool、signed int、unsigned int 或其他某些实现定义的类型。实现定义了是否允许原子类型。

C.11 §6.7.2.1 ¶10：

位域被解释为具有指定位数的带符号或无符号整数类型。如果将值 0 或 1 存储到类型为 _Bool 的非零宽度位域中，则位域的值应与存储的值相等；_Bool 位域具有 _Bool 的语义。

如果您想了解位域如何使用，通常会使用位域来创建比其基础类型更小的类型。正如名称所示，预计该类型的“变量”对于位操作是有用的。传统上，位操作是使用整数类型进行的，这是直观的。

- jxh

是的，那只是重言式。它是整数，因为规范规定它是一个整数。 - Robert Harvey

@RobertHarvey：我想这是可能的，但是有没有其他的答案不涉及猜测呢？ - jxh

@RobertHarvey 找到一个好地方使用“tautology”，点赞。然而，偶尔参考标准是合适、有决定性的（并且令人安心），你不这么认为吗？ - ryyker

@RobertHarvey：我通常不会猜测为什么C以某种方式被标准化。我认为这是传统的，因为char可以成为位域的标准类型，同样适用于更长的整数类型。 - jxh

@RobertHarvey：叔叔。 - jxh

显示剩余2条评论

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几乎所有其他类型（即非整数）之所以存在于语言中，主要是因为它们（或可以）直接由底层硬件支持。例如，这适用于指针类型和浮点算术类型。底层硬件立即对类型的对象表示强制实施严格的格式和位大小要求。不可能改变类型的位大小并仍然使其直接受到硬件支持。

为了实现诸如非整数类型的位域之类的特性，实现必须为这些类型的位域版本提供软件级别的支持，即必须模拟对这些类型的支持。这将相当复杂和低效，因此语言标准不将其包括在功能中。与此同时，对于整数类型，这不难以高效实现。

- AnT stands with Russia

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可以查看英文原文，
原文链接

- Jonathan Leffler · Accepted Answer

让我们反过来问一个问题：

除了整数类型之外，位字段可以是哪些其他类型？

让我们回顾一下选项：

1. void：不是值-无法使用。 2. 指针：但是在计算机上指针是固定大小的；你不能使用13位指针并期望它有任何意义。 3. 结构体、联合体：但是那时你不再处理简单的字段。 4. 那就只剩下float或double了，但这些都是精心设计的格式，你不能简单地使用double（或float）中的13个位，并期望它有任何意义。

所以，在你浏览了选项之后，你只剩下各种类型的整数：char、short、int、long、long long（带符号和无符号形式）和 _Bool。在这些选项中，标准规定您可以使用 _Bool、unsigned int、signed int 和“普通”int：

ISO/IEC 9899:2011 §6.7.2.1结构和联合类型说明符

¶5 位域必须具有限定或未经限定的版本，其类型为_Bool、signed int、unsigned int或其他某种实现定义的类型。是否允许原子类型是由实现定义的。

“plain” int 的行为是由实现定义的：它可以是有符号的或无符号的（类似于“plain” char 可以是有符号的或无符号的）。因此，jxh 的评论是正确的；我引用了太多类型，不够仔细（但我已经重新表述了它，使其不那么误导人）。

请注意，大多数位域的行为都是由实现定义的；除了表示法之外，标准规定了很少的内容。