Bit-field

声明一个具有明确位大小的类数据成员。相邻的位域成员可能（也可能不会）被打包以共享和跨越各个字节。

位域声明是一种 类数据成员声明 ，它使用以下声明符：

位域的 类型 由 声明语法 的 decl-specifier-seq 引入。

说明

位域的类型只能是整型（包括 bool ）或（可能带有cv限定符的）枚举类型，无名位域不能声明为带有cv限定符的类型。

位域不能作为 静态数据成员 。

不存在位域的 纯右值 ：左值到右值的转换始终生成位域底层类型的对象。

位域中的位数设定了其可容纳值的范围上限：

#include <iostream>
struct S
{
    // 三位无符号位域，允许值为 0...7
    unsigned int b : 3;
};
int main()
{
    S s = {6};
    ++s.b; // 在位域中存储值 7
    std::cout << s.b << '\n';
    ++s.b; // 值 8 无法容纳于此位域
    std::cout << s.b << '\n'; // 形式上由实现定义，通常输出 0
}

7
0

多个相邻的位域通常会被打包在一起（尽管这一行为是由实现定义的）：

#include <bit>
#include <cstdint>
#include <iostream>
struct S
{
    // 通常占用2个字节：
    unsigned char b1 : 3; // 第1个字节的前3位是b1
    unsigned char    : 2; // 接下来的2位（在第1个字节中）被标记为未使用
    unsigned char b2 : 6; // b2的6位无法放入第1个字节 => 从第2个字节开始
    unsigned char b3 : 2; // b3的2位 - 第2个字节中最后剩余的位
};
int main()
{
    std::cout << sizeof(S) << '\n'; // 通常输出2
    S s;
    // 设置可区分的字段值
    s.b1 = 0b111;
    s.b2 = 0b101111;
    s.b3 = 0b11;
    // 显示S中字段的布局
    auto i = std::bit_cast<std::uint16_t>(s);
    // 通常输出 1110000011110111
    // 分解为：  └┬┘├┘└┬┘└─┬──┘└┤
    //           b1 u  a   b2  b3
    // 其中“u”标记结构体中指定的未使用:2位，
    // “a”标记编译器添加的填充位，用于将下一个字段对齐到字节边界。
    // 发生字节对齐是因为b2的类型声明为unsigned char；
    // 如果b2声明为uint16_t，则不会存在“a”，b2将紧接“u”。
    for (auto b = i; b; b >>= 1) // 从最低有效位开始打印
        std::cout << (b & 1);
    std::cout << '\n';
}

2
1110000011110111

特殊的无名位域（大小为零）可用于强制中断填充。它指定下一个位域从其分配单元的开头开始：

#include <iostream>
struct S
{
    // 通常占用 2 字节：
    // 3 位：b1 的值
    // 5 位：未使用
    // 2 位：b2 的值
    // 6 位：未使用
    unsigned char b1 : 3;
    unsigned char :0; // 开始新字节
    unsigned char b2 : 2;
};
int main()
{
    std::cout << sizeof(S) << '\n'; // 通常输出 2
                                    // 若非第 11 行的填充中断
                                    // 通常会输出 1
}

2

如果指定位域的大小超过其类型的大小，该值将受类型限制： std:: uint8_t b : 1000 ; 仍将保持 [ ​ 0 ​ , 255 ] 范围内的值。额外位将作为 填充位 。

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。指向位域的指针和非常量引用是不可能的。当从位域 初始化常量引用 时，会创建一个临时对象（其类型为位域的类型），用位域的值进行拷贝初始化，并将引用绑定到该临时对象。

int a;
const int b = 0;
struct S
{
    // 简单情况
    int x1 : 8 = 42; // 正确；"= 42" 是花括号或等号初始化器
    int x2 : 8 {42}; // 正确；"{42}" 是花括号或等号初始化器
    // 歧义情况
    int y1 : true ? 8 : a = 42;   // 正确；不存在花括号或等号初始化器
    int y2 : true ? 8 : b = 42;   // 错误：不能对 const int 赋值
    int y3 : (true ? 8 : b) = 42; // 正确；"= 42" 是花括号或等号初始化器
    int z : 1 || new int{0};      // 正确；不存在花括号或等号初始化器
};

注释

位域的以下属性是 实现定义的 ：

• 将超出范围的值赋值或初始化给有符号位域时产生的值，或者将有符号位域递增超过其范围时的情况。
• 类对象中位域实际分配细节的所有相关内容。

• 例如，在某些平台上，位域不会跨字节存储，而在其他平台上则会跨字节。
• 此外，在某些平台上，位域按从左到右的顺序打包，而在其他平台上则按从右到左的顺序打包。

在C编程语言中，位域的宽度不能超过其基础类型的宽度，且未显式声明为 signed 或 unsigned 的 int 位域究竟带符号与否由具体实现定义。例如， int b : 3 ; 在C语言中可能具有 [ ​ 0 ​ , 7 ] 或 [ - 4 , 3 ] 的值范围，但在C++中仅允许后一种选择。

缺陷报告

以下行为变更缺陷报告被追溯应用于先前发布的C++标准。

参考文献

另请参阅