在各種編譯器和優化級別下在c中存儲bool

Question

簡單的示例程序：

#include <stdio.h>
main()
{
    bool tim = true;
    bool rob = false;
    bool mike = true;

    printf("%d, %d, %d\n", tim, rob, mike);

}

使用gcc編譯器，它根據查看程序集輸出的內容，將每個bool存儲為單個字節中的位：

0x4004fc <main()+8>          movb      $0x1,-0x3(%rbp)
0x400500 <main()+12>         movb      $0x0,-0x2(%rbp)
0x400504 <main()+16>         movb      $0x1,-0x1(%rbp)

但是，如果一個開啟優化，是否有一個優化級別會導致gcc將這些bool存儲為一個字節中的位，或者是否必須將bool放在一些bool和short int的並集中？ 其他編譯器？ 我試過'-Os'，但我必須承認我不能做出輸出反匯編的正面或反面。

Answer 1

只要程序的結果行為不受影響，或者至少在允許的行為范圍內，編譯器就可以執行它喜歡的任何轉換。

這個程序：

#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
int main(void)
{
    bool tim = true;
    bool rob = false;
    bool mike = true;

    printf("%d, %d, %d\n", tim, rob, mike);

}

（我已經修改了一點以使其有效）可以優化到相當於此，因為行為是相同的：

#include <stdio.h>
int main(void)
{
    puts("1, 0, 1");
}

因此，三個bool對象不僅存儲在單個位中，它們根本不存儲。

編譯器可以自由地玩這樣的游戲，只要它們不影響可見行為即可。 例如，由於程序從不使用三個bool變量的地址，並且從不引用它們的大小，因此編譯器可以選擇將它們全部存儲為單個字節中的位。 （沒有理由這樣做;訪問單個位所需的代碼大小的增加將超過數據大小的任何節省。）

但這種積極的優化可能不是你所要求的。

在“抽象機器”中， bool對象必須至少為一個字節，除非它是一個位字段。 bool對象或除位域之外的任何對象必須具有唯一的地址，並且其大小必須是1字節的整數倍。 如果打印sizeof (bool)或sizeof tim ，則結果將至少為1.如果打印三個對象的地址，它們將是唯一的，並且至少相隔一個字節。

Answer 2

你不會使用bools聯合。 相反，你可以說

struct a
{
unsigned char tim : 1;
unsigned char rob : 1;
unsigned char mike : 1;
} b;

b.tim=1;
b.rob=0;
b.mike=1;

它將全部存儲在一個char中。 但是，你不能保證它在內存中的布局方式或它是如何對齊的。

Answer 3

@Keith Thompson的好答案可以解釋問題中代碼示例發生了什么。 但我會假設編譯器不會轉換程序。 根據標准， bool （ stdbool.h的宏與關鍵字_Bool相同）必須具有一個字節的大小。

C99 6.2.6.1 概述

除了位字段之外，對象由一個或多個字節的連續序列組成，其數量，順序和編碼要么是顯式指定的，要么是實現定義的。

這意味着對象的任何類型（除了位域，包括bool ）必須至少有一個字節。

C99 6.3.1.1 布爾，字符和整數

等級_Bool應小於所有其他標准整數類型的等級。

這意味着bool的大小不超過char （這是一個整數類型）。 而且我們也知道char的大小保證是一個字節。 所以bool的大小最多只能是一個字節。

結論： bool的大小必須是一個字節。