我无法在C语言中操作位域

Question

我无法在C语言中操作位域

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我想用C语言实现LFSR（线性反馈移位寄存器）以生成随机比特。但是当我尝试修改单个比特或将短值分配给内存块时，所有的比特都会被设置为1。如何防止这种情况发生？

struct lfsr{
    //... 
    union{
        unsigned short ff_0 : 1;
        unsigned short ff_1 : 1;
        //... 
        unsigned short ff_f : 1;
        unsigned short ff;
    }flip_flops;
};

int main() {
    struct lfsr gen;
    gen.flip_flops.ff = 1;      //all the ff's set to 1
    gen.flip_flops.ff = htons(0x0001);//all the ff's set to 1
    gen.flip_flops.f_0 = 1;     //all the ff's set to 1
    gen.flip_flops.f_0 = 0;     //all the ff's set to 0
}

- Grey

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为什么使用union来处理位域？我会使用struct。 - prog-fh

@MarcoBonelli 为什么？该算法使用大端字节序进行密钥处理。 - Grey

@Grey 哦，好的，或许应该在问题中明确说明。 - Marco Bonelli

1

请注意，使用联合体并不是一种非常便携的执行此类计算的方式。它高度依赖于实现。最好使用适当类型的变量（例如uint16_t）上的位运算符，而不是位域，如果您不希望在更改编译器或平台时出现任何意外情况！ - th33lf

1

@th33lf 如果你不想有任何意外，最好使用位运算符... 不仅仅是更好，而且是完全和绝对必要的：如果剩余空间不足，无法容纳的位域是放入下一个单元还是重叠相邻单元是实现定义的。位域在单元内的分配顺序（高位到低位或低位到高位）是实现定义的。可寻址存储单元的对齐方式是未指定的。 - Andrew Henle

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3个回答

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你可能对联合的理解有所不同。所有位域都在同一位置进行别名处理。你可能想要做这样的事情：

struct lfsr{
  //... 
  union{
    struct {
      unsigned short ff_0 : 1;
      unsigned short ff_1 : 1;
      //... 
      unsigned short ff_f : 1;
    };
    unsigned short ff;
  }flip_flops;
};

您可以在这里了解结构体和联合体之间的区别。

更新：根据@the-busybee的评论，关于基于架构的位域对齐也值得注意，这涉及到代码在各种架构上的可移植性。有关位端序讨论，请参阅此处的答案。

- AmeyaVS

非常感谢，我以为联合体不能影响位域。 - Grey

1

请注意 ff 的字节序和位位置！它可能不是您所期望的。 - the busybee

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当您声明Union时，Union的所有元素都是相同内存的一部分。它们只是以不同的方式访问。

 union{
        unsigned short ff_0 : 1;
        unsigned short ff_1 : 1;
        //... 
        unsigned short ff_f : 1;
        unsigned short ff;
    }flip_flops;

在这里，ff_0和ff_1指向同一块内存，ff也是如此。所以当你给ff_0赋值时，ff_1也会自动赋相同的值。因此你观察到的是正确的。

你需要做的是，创建一个包含15位字段的结构体，并将union设置为结构体和无符号短整型。

- Swanand

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- Antti Haapala -- Слава Україні · Accepted Answer

问题在于 union 表示每一个一位比特域成员都访问同一个比特位。您想要的是：

union lfsr{
    //... 
    struct {
        unsigned short ff_0 : 1;
        unsigned short ff_1 : 1;
        //... 
        unsigned short ff_f : 1;
    }flip_flops;

    unsigned short ff;
};