在C语言结构体中使用压缩位域 - GCC

Question

我正在Linux上使用C语言中的结构体。我开始使用位域和“packed”属性，但我遇到了奇怪的行为：

struct __attribute__((packed)) {
    int a:12;
    int b:32;
    int c:4;
} t1;

struct __attribute__((packed))  {
    int a:12;
    int b;
    int c:4;
}t2;

void main()
{
    printf("%d\n",sizeof(t1)); //output - 6
    printf("%d\n",sizeof(t2)); //output - 7
}

这两个结构体完全相同，为什么它们却要占用不同的字节数？

- Danny Cohen

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因为t2::b保证是一个独立的内存位置？考虑数据竞争。 - Kerrek SB

应使用％zu打印sizeof的结果。 - phuclv

Answer 1

你的这两个结构体并不是“完全相同”的。第一个结构体有三个连续的位域，而第二个结构体有一个位域、一个非位域的 int 类型和第二个位域。

这一点非常重要：连续的（非零宽度）位域被合并为单个 内存位置，而位域后面跟一个非位域时则是不同的内存位置。

第一个结构体有一个内存位置，第二个结构体有三个。你可以获取第二个结构体中 b 成员的地址，但在第一个结构体中无法这样做。访问第二个结构体中的 b 成员与访问其 a 或 c 成员不会相互干扰，但在第一个结构体中会产生竞争。

在位域成员后面放置一个非位域（或零长度的位域）可以在某种程度上“关闭”它，后面的部分将成为一个不同/独立的内存位置/对象。编译器不能像在第一个结构体中那样把你的 b 成员打包进位域里。

- Mat

Answer 2

struct t1 // 6 bytes
{
    int a:12; // 0:11
    int b:32; // 12:43
    int c:4;  // 44:47
}__attribute__((packed));

struct t1 // 7 bytes
{
    int a:12; // 0:11
    int b;    // 16:47
    int c:4;  // 48:51
}__attribute__((packed));

常规的int b必须对齐到字节边界。 因此，在它之前会有填充。 如果您将c放在紧挨着a的位置，那么这个填充就不再需要了。建议这样做，因为访问非字节对齐的整数，如int b:32，速度很慢。

- John Zwinck

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访问非字节对齐的整数（例如int b:32）会很慢，您有什么依据？“慢”是什么意思？难道不只是移位和屏蔽内存值吗？ - Alexis

这取决于情况，但它永远不会像字节对齐一样快。有多慢（或者我们如何定义慢）取决于应用程序、编译器等因素。 - John Zwinck

明白了，我猜这只是快速移位+掩码的问题。 - Alexis

如果整个值适合于单个寄存器，则可能只需“shift+mask”。但是有很多可能性。也许它不适合单个寄存器（平台相关），因此需要2个移位，2个掩码以及在2个寄存器之间进行或操作。也许这种结构参与了一个本来可以矢量化的操作，但现在不能（或者可以，但需要进行未对齐的加载）。有很多可能性。 - Matthew M.