具有位域大小的结构

Question

我尝试使用具有不同大小位域的结构。 使用的总位数是 64。但是，当我检查结构大小时，我得到11而不是预期的8 。 通过尝试分解结构，我看到差异来自于日场。 如果我打包每一位以获得 8 位包，那么day字段会在月的“结束”和小时的“开始”之间打包。 我不知道这是否是一个好方法。 有人可以解释我吗？

typedef unsigned char uint8_t;

typedef struct frameHeader_t
    {
        uint8_t encryption       : 2;
        uint8_t frameVersion     : 2;
        uint8_t probeType        : 4;
        uint8_t dataType         : 5;
        uint8_t measurePeriod    : 3;
        uint8_t remontePerdiod   : 4;
        uint8_t nbrMeasure       : 2;
        uint8_t year             : 7;
        uint8_t month            : 4;
        uint8_t day              : 5;
        uint8_t hour             : 5;
        uint8_t minute           : 6;
        uint8_t second           : 6;
        uint8_t randomization    : 5;
        uint8_t status           : 4;

    }FrameHeader;

int main()
{

    FrameHeader my_frameHeader;
    printf("%d\n", sizeof(FrameHeader));
    return 0;
}

Answer 1

如果你通过pahole工具运行它，你应该得到一个解释：

struct frameHeader_t {
    uint8_t                    encryption:2;         /*     0: 6  1 */
    uint8_t                    frameVersion:2;       /*     0: 4  1 */
    uint8_t                    probeType:4;          /*     0: 0  1 */
    uint8_t                    dataType:5;           /*     1: 3  1 */
    uint8_t                    measurePeriod:3;      /*     1: 0  1 */
    uint8_t                    remontePerdiod:4;     /*     2: 4  1 */
    uint8_t                    nbrMeasure:2;         /*     2: 2  1 */

    /* XXX 2 bits hole, try to pack */

    uint8_t                    year:7;               /*     3: 1  1 */

    /* XXX 1 bit hole, try to pack */

    uint8_t                    month:4;              /*     4: 4  1 */

    /* XXX 4 bits hole, try to pack */

    uint8_t                    day:5;                /*     5: 3  1 */

    /* XXX 3 bits hole, try to pack */

    uint8_t                    hour:5;               /*     6: 3  1 */

    /* XXX 3 bits hole, try to pack */

    uint8_t                    minute:6;             /*     7: 2  1 */

    /* XXX 2 bits hole, try to pack */

    uint8_t                    second:6;             /*     8: 2  1 */

    /* XXX 2 bits hole, try to pack */

    uint8_t                    randomization:5;      /*     9: 3  1 */

    /* XXX 3 bits hole, try to pack */

    uint8_t                    status:4;             /*    10: 4  1 */

    /* size: 11, cachelines: 1, members: 15 */
    /* bit holes: 8, sum bit holes: 20 bits */
    /* bit_padding: 4 bits */
    /* last cacheline: 11 bytes */
};

您使用uint8_t作为基本类型，因此字段被填充为 8 位组。

通过使用unsigned long long / uint_least64_t （至少 64 位大）作为位域的基本类型，您应该能够完全消除填充，比使用__attribute((packed))更__attribute((packed)) ，但从技术上讲，非 int/不保证支持位域的 non-unsigned-int 基类型，但您可以在稍微重新组织位域后使用unsigned （C 标准保证至少 16 位），例如：

typedef struct frameHeader_t
{
    //16
    unsigned year             : 7;
    unsigned randomization    : 5;
    unsigned month            : 4;

    //16
    unsigned second           : 6;
    unsigned minute           : 6;
    unsigned status           : 4;

    //16
    unsigned hour             : 5;
    unsigned dataType         : 5;
    unsigned probeType        : 4;
    unsigned encryption       : 2;

    //16
    unsigned day              : 5;
    unsigned remontePerdiod   : 4;
    unsigned measurePeriod    : 3;
    unsigned nbrMeasure       : 2;
    unsigned frameVersion     : 2;

}FrameHeader; 
//should be an unpadded 8 bytes as long as `unsigned` is 16,
//32, or 64 bits wide (I don't know of a platform where it isn't)

（不能保证填充或缺少填充，但我从未见过实现插入它，除非有必要。）

Answer 2

为了避免打包魔术，我通常使用相同大小的固定大小的无符号类型

typedef struct frameHeader_t
    {
        uint64_t encryption       : 2;
        uint64_t frameVersion     : 2;
        uint64_t probeType        : 4;
        uint64_t dataType         : 5;
        uint64_t measurePeriod    : 3;
        uint64_t remontePerdiod   : 4;
        uint64_t nbrMeasure       : 2;
        uint64_t year             : 7;
        uint64_t month            : 4;
        uint64_t day              : 5;
        uint64_t hour             : 5;
        uint64_t minute           : 6;
        uint64_t second           : 6;
        uint64_t randomization    : 5;
        uint64_t status           : 4;

    }FrameHeader;

https://godbolt.org/z/BX2QsC