爲什麼這個結構大小3而不是2？

Question

我定義這個結構：

typedef struct 
{ 
    char A:3; 
    char B:3; 
    char C:3; 
    char D:3; 
    char E:3; 
} col; 

的sizeof(col)給我3的輸出，但它不應該是2？如果我只評論一個元素，則sizeof是2.我不明白爲什麼：3位的五個元素等於15位，並且小於2個字節。

定義像這樣的結構是否有「內部大小」？我只需要澄清，因爲從我迄今爲止的語言概念來看，我預計的是2字節的大小，而不是3.

Answer 1

由於您使用的是char作爲字段的基礎類型，因此編譯器會嘗試按字節對位進行分組，並且由於每個字節中的位數不能超過8位，因此每個字節只能存儲兩個字段。

您的結構使用的位的總數是15，所以適合這麼多數據的理想大小將是short。

#include <stdio.h> 

typedef struct 
{ 
    char A:3; 
    char B:3; 
    char C:3; 
    char D:3; 
    char E:3; 
} col; 


typedef struct { 
    short A:3; 
    short B:3; 
    short C:3; 
    short D:3; 
    short E:3; 
} col2; 


int main(){ 

    printf("size of col: %lu\n", sizeof(col)); 
    printf("size of col2: %lu\n", sizeof(col2)); 

} 

上面的代碼（爲一個64位平臺等礦）確實會產生2對於第二結構體。對於任何超過short更大，該結構將填補使用類型的不超過一個元素，所以 - 對於同一個平臺 - 該結構將結束與大小四爲int，八項long等

Answer 2

因爲您不能擁有跨越最小對齊邊界的位數據包字段爲1個字節），因此他們可能會得到擠得像

byte 1 
    A : 3 
    B : 3 
    padding : 2 
byte 2 
    C : 3 
    D : 3 
    padding : 2 
byte 3 
    E : 3 
    padding : 5 

（場的訂單/相同的字節內部填充是不是故意的，它只是給你的想法，因爲編譯器可以奠定下來如何它更喜歡）

Answer 3

前兩位字段適合單個char。第三個不適合那個char，需要一個新的。 3 + 3 + 3 = 9不適合8位字符。

所以第一對需要char，第二對需要char，最後一個位域獲得第三個char。

Answer 4

即使盡管ANSI C標準沒有詳細說明位域是如何打包以提供任何顯着的優勢而不是「編譯器允許打包位域但是它們看起來合適」，但它在很多情況下都禁止編譯器以最有效的方式打包文件。

特別是，如果結構包含位域，編譯器需要將其存儲爲包含一個或多個「正常」存儲類型的匿名字段的結構，然後將每個這樣的字段邏輯地細分爲其組成的位域部分。因此，給定：

unsigned char foo1: 3; 
unsigned char foo2: 3; 
unsigned char foo3: 3; 
unsigned char foo4: 3; 
unsigned char foo5: 3; 
unsigned char foo6: 3; 
unsigned char foo7: 3; 

如果unsigned char是8位，則編譯器將需要分配該類型的四個字段，和分配兩個位域到所有，但一個（這將是在它自己的char字段） 。如果所有char聲明已被替換爲short，則將有兩個short類型的字段，其中一個將保存五個位域，另一個將保留剩餘的兩個。

在沒有對齊限制的處理器上，通過對前五個字段使用unsigned short，對於最後兩個字段使用unsigned char，可以更有效地佈置數據，以三個字節存儲七個三位字段。雖然應該可以將三個字節的8位三位字段存儲起來，但編譯器只允許在存在可以用作「外部字段」類型的三字節數字類型的情況下。

就個人而言，我認爲位域定義爲基本無用。如果代碼需要使用二進制打包數據，它應該明確定義實際類型的存儲位置，然後使用宏或其他一些手段訪問其中的位。這將是有益如果C支持像語法：

unsigned short f1; 
unsigned char f2; 
union foo1 = f1:0.3; 
union foo2 = f1:3.3; 
union foo3 = f1:6.3; 
union foo4 = f1:9.3; 
union foo5 = f1:12.3; 
union foo6 = f2:0.3; 
union foo7 = f2:3.3; 

這樣的語法，如果允許的話，將有可能使代碼在便攜方式使用位域，而無需字長或字節序方面（foo0會位於f1的三個最低有效位中，但可以存儲在較低或較高地址）。但是，如果沒有這樣的功能，宏可能是唯一可以使用這種操作的便攜式方式。

Answer 5

大多數編譯器允許你控制填充，e.g. using #pragmas。下面是使用GCC 4.8.1一個例子：

#include <stdio.h> 

typedef struct 
{ 
    char A:3; 
    char B:3; 
    char C:3; 
    char D:3; 
    char E:3; 
} col; 

#pragma pack(push, 1) 
typedef struct { 
    char A:3; 
    char B:3; 
    char C:3; 
    char D:3; 
    char E:3; 
} col2; 
#pragma pack(pop) 

int main(){ 
    printf("size of col: %lu\n", sizeof(col)); // 3 
    printf("size of col2: %lu\n", sizeof(col2)); // 2 
} 

注意，編譯器的默認行爲是有原因的，將可能給你更好的性能。