位域

 

C

语言

头文件

类型支持

程序工具

变参数函数支持

动态内存管理

错误处理

日期和时间工具

字符串库

算法

数值

输入/输出支持

本地化支持

线程支持 (C11)

原子操作 (C11)

技术规范

 

C 语言

基本概念

关键词

预处理器

语句

表达式

初始化

声明

函数

杂项

C 的历史

技术规范

 

声明

指针

数组

enum

struct

union

位域

原子类型 (C11)

const

volatile

restrict (C99)

_Alignas (C11)

存储期与链接

外部及试探性定义

typedef

_Static_assert (C11)

属性 (C23)

 

声明拥有以位数表示的显式宽度的成员。相邻的位域成员可能被打包，共享和分散到单独的字节。

位域声明是使用下列声明器的结构体或联合体成员声明：

标识符(可选) : 宽度

标识符	-	正在声明的位域名称。名称是可选的：无名位域引入一个指定的填充位数
宽度	-	一个拥有大于或等于零，且小于或等于底层类型位数的整数常量表达式。大于零时，此为此位域将占据的位数。零值仅允许用于无名位域，并拥有特殊含义：它指定结构体定义中的下个位域会从分配单元边界开始。

解释

位域可以拥有四种类型之一（可为 const 或 volatile 限定）：

• unsigned int ，对于无符号位域（ unsigned int b:3; 拥有范围 0..7 ）
• signed int ，对于有符号位域（ signed int b:3; 拥有范围 -4..3 ）
• int ，对于拥有实现定义符号性的位域（注意这与其他所有地方都表示“ signed int ”的关键词 int 含义不同）。例如， int b:3; 可能拥有 0..7 或 -4..3 范围的值。

_Bool ，对于单个位的位域（ bool x:1; 拥有范围 0..1 ），来自它和到它的隐式转换遵循布尔转换规则。

(C99 起)

可接受额外的实现定义类型。位域是否可以拥有原子类型也是实现定义的。 (C11 起)位域中的位数（ 宽度 ）限制其所能保有的值域：

运行此代码

#include <stdio.h>
struct S {
 // 三位无符号位域，允许值为 0..7
 unsigned int b : 3;
};
int main(void)
{
    struct S s = {7};
    ++s.b; // 无符号溢出
    printf("%d\n", s.b); // 输出： 0
}

允许将多个相邻位域打包在一起（通常如此）：

运行此代码

#include <stdio.h>
struct S {
    // 通常将占用 4 字节：
    // 5 位： b1 的值
    // 11 位：未使用
    // 6 位： b2 的值
    // 2 位： b3 的值
    // 8 位：未使用
    unsigned b1 : 5, : 11, b2 : 6, b3 : 2;
};
int main(void)
{
    printf("%zu\n",sizeof(struct S)); // 通常打印 4
}

拥有零 宽度 的特殊无名位域打破填充：它指定下个位域在始于下个分配单元的起点：

运行此代码

#include <stdio.h>
struct S {
    // 通常将占用 8 字节
    // 5 位： b1 的值
    // 27 位：未使用
    // 6 位： b2 的值
    // 15 位： b3 的值
    // 11 位：未使用
    unsigned b1 : 5;
    unsigned :0; // 开始新的 unsigned int
    unsigned b2 : 6;
    unsigned b3 : 15;
};
int main(void)
{
    printf("%zu\n", sizeof(struct S)); // 通常打印 8
}

因为位域不必在字节的起点开始，故不能取位域的地址。不可能有指向位域的指针。不能对位域使用 sizeof 和 _Alignas (C11 起)。

注解

位域的下列属性未定义：

• 在位域上调用 offsetof 的效果

位域的下列属性未指定：

• 保有位域的分配单元的对齐

位域的下列属性为实现定义：

• int 类型的位域被当做有符号或无符号
• 是否容许异于 int 、 signed int 、 unsigned int 及 _Bool (C99 起) 类型的位域

是否容许原子类型的位域

(C11 起)

• 位域是否能越过分配单元边界
• 分配单元内位域的顺序（一些平台上位域从左往右打包，其他平台上是从右往左）

尽管 _Bool 的对象表示的位数至少为 CHAR_BIT ， _Bool 类型位域的 宽度 不能大于 1 。

(C99 起)

C++ 编程语言中，位域的宽度能超出底层类型，并且 int 类型的位域始终为有符号。

引用

• C17 标准（ISO/IEC 9899:2018）：

• 6.7.2.1 Structure and union specifiers

• C11 标准（ISO/IEC 9899:2011）：

• 6.7.2.1 Structure and union specifiers

• C99 标准（ISO/IEC 9899:1999）：

• 6.7.2.1 Structure and union specifiers

• C89/C90 标准（ISO/IEC 9899:1990）：

• 3.5.2.1 Structure and union specifiers