Bit-fields

声明一个具有明确位宽的成员。相邻的位域成员可被打包共享及跨越单个字节边界。

位域声明是一种 结构体 或 联合体 成员声明，它使用以下 声明符 ：

说明

位域只能具有以下（可能为 const 或 volatile 限定）类型之一：

• unsigned int ，用于无符号位域（例如 unsigned int b : 3 ; 的取值范围为 [ ​ 0 ​ , 7 ] ）
• signed int ，用于有符号位域（ signed int b : 3 ; 的取值范围为 [ - 4 , 3 ] ）
• int ，用于符号性由实现定义的位域（注意此处与关键字 int 在其他所有场景中的含义不同，其他场景中均表示“有符号整型”）。例如 int b : 3 ; 的取值范围可能是 [ ​ 0 ​ , 7 ] 或 [ - 4 , 3 ] 。

允许的实现定义类型可能更多。 位域是否可具有 原子 类型同样由实现定义。 (C11 起) 位域的位数（ width ）设定了其可容纳值的范围上限：

#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
}

多个相邻位域允许（且通常会被）打包在一起：

#include <stdio.h>
struct S
{
    // 通常占用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)); // 通常输出4
}

特殊的 未命名位域 ，其 宽度 为零，用于打破填充规则：它指定下一个位域将从下一个分配单元的首位开始：

#include <stdio.h>
struct S
{
    // 通常占用 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; // 开始新的无符号整型
    unsigned b2 : 6;
    unsigned b3 : 15;
};
int main(void)
{
    printf("%zu\n", sizeof(struct S)); // 通常输出 8
}

由于位域不一定从字节的起始处开始，因此无法获取位域的地址。指向位域的指针是不可能的。位域不能与 sizeof 和 _Alignas (since C11) (until C23) alignas (since C23) (since C11) 一起使用。

注释

以下位域用法会导致 未定义行为 ：

• 对位域调用 offsetof 。

以下位域的性质是 未指定的 ：

• 存放位域的分配单元的对齐方式。

位域的以下属性是 实现定义的 ：

• 类型为 int 的位域被视为有符号还是无符号。
• 是否允许除 int 、 signed int 、 unsigned int 、 _Bool (C99起) 以及（可能为 unsigned 的） _BitInt ( N ) (C23起) 以外的类型。

• 位域是否能够跨越分配单元边界。
• 位域在分配单元内的排列顺序（在某些平台上，位域从左到右打包，在其他平台上则从右到左）。

在C++编程语言中，位域的宽度可以超过基础类型的宽度（但额外位是填充位），且类型为 int 的位域始终为有符号类型。

参考文献

参见