位域

 

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C 的歷史

技術規範

 

宣告

指標

陣列

enum

struct

union

位域

原子型別 (C11)

const

constexpr (C23)

volatile

restrict (C99)

對齊說明符

儲存期和連結

外部和暫定定義

typedef

靜態斷言

屬性 (C23)

 

宣告一個具有顯式位寬的成員。相鄰的位域成員可以打包，共享和跨越單個位元組。

位域宣告是一個 struct 或 union 成員宣告，它使用以下宣告符

identifier (可選) : width

identifier	-	正在宣告的位域的名稱。名稱是可選的：無名位域引入指定數量的填充位
width	-	一個整數常量表達式，其值大於或等於零，且小於或等於底層型別中的位數。當大於零時，這是此位域將佔用的位數。值零僅允許用於無名位域，並且具有特殊含義：它指定類定義中的下一個位域將從一個分配單元的邊界開始。

解釋

位域只能具有以下型別之一（可能帶有 const 或 volatile 限定符）

• unsigned int，用於無符號位域（例如 unsigned int b : 3; 的範圍是 [​0​, 7]）
• signed int，用於有符號位域（signed int b : 3; 的範圍是 [-4, 3]）
• int，用於具有實現定義有符號性的位域（請注意，這與關鍵字 int 在其他任何地方的含義不同，其他地方表示“signed int”）。例如，int b : 3; 的值範圍可能是 [​0​, 7] 或 [-4, 3]。

_Bool，用於單位元位域（例如 bool x : 1;）的範圍是 [​0​, 1]，並且其隱式轉換遵循布林轉換規則。	(C99 起)
位精確整數型別（例如 _BitInt(5) : 4; 的範圍是 [-8, 7]，而 unsigned _BitInt(5) : 4; 的範圍是 [​0​, 15]）。	(自 C23 起)

其他實現定義的型別可能被接受。位域是否可以具有原子型別也是實現定義的。(C11 起) 位域中的位數（width）設定了它可以容納的值的範圍限制

執行此程式碼

#include <stdio.h>
 
struct S
{
    // three-bit unsigned field,
    // allowed values are 0...7
    unsigned int b : 3;
};
 
int main(void)
{
    struct S s = {7};
    ++s.b; // unsigned overflow
    printf("%d\n", s.b); // output: 0
}

允許（並且通常會）將多個相鄰位域打包在一起

執行此程式碼

#include <stdio.h>
 
struct S
{
    // will usually occupy 4 bytes:
    // 5 bits: value of b1
    // 11 bits: unused
    // 6 bits: value of b2
    // 2 bits: value of b3
    // 8 bits: unused
    unsigned b1 : 5, : 11, b2 : 6, b3 : 2;
};
 
int main(void)
{
    printf("%zu\n", sizeof(struct S)); // usually prints 4
}

寬度為零的特殊“無名位域”用於打破填充：它指定下一個位域從下一個分配單元的開頭開始。

執行此程式碼

#include <stdio.h>
 
struct S
{
    // will usually occupy 8 bytes:
    // 5 bits: value of b1
    // 27 bits: unused
    // 6 bits: value of b2
    // 15 bits: value of b3
    // 11 bits: unused
    unsigned b1 : 5;
    unsigned    : 0; // starts a new unsigned int
    unsigned b2 : 6;
    unsigned b3 : 15;
};
 
int main(void)
{
    printf("%zu\n", sizeof(struct S)); // usually prints 8
}

由於位域不一定從位元組的開頭開始，因此不能獲取位域的地址。不支援指向位域的指標。位域不能與 sizeof 和 _Alignas(C11 起)(C23 前)alignas(C23 起)(C11 起) 一起使用。

注意

以下位域用法會導致未定義行為

• 對位域呼叫 offsetof。

位域的以下屬性未指定

• 包含位域的分配單元的對齊方式。

位域的以下屬性實現定義

• 型別為 int 的位域是被視為有符號還是無符號。
• 是否允許除了 int、signed int、unsigned int、_Bool(C99 起)，以及（可能為 unsigned）_BitInt(N)(C23 起) 之外的型別。

是否允許原子型別。

(C11 起)

• 位域是否可以跨越分配單元邊界。
• 位域在分配單元內的順序（在某些平臺上，位域從左到右打包，在其他平臺上從右到左）。

儘管 _Bool 的物件表示中的位數至少為 CHAR_BIT，但型別為 _Bool 的位域的 width 不能大於 1。

(C99 起)

在 C++ 程式語言中，位域的寬度可以超過底層型別的寬度（但額外的位是填充位），並且型別為 int 的位域始終是有符號的。

參考

• C23 標準 (ISO/IEC 9899:2024)

• 6.7.2.1 結構體和聯合體說明符

• C17 標準 (ISO/IEC 9899:2018)

• 6.7.2.1 結構體和聯合體說明符

• C11 標準 (ISO/IEC 9899:2011)

• 6.7.2.1 結構體和聯合體說明符

• C99 標準 (ISO/IEC 9899:1999)

• 6.7.2.1 結構體和聯合體說明符

• C89/C90 標準 (ISO/IEC 9899:1990)

• 3.5.2.1 結構體和聯合說明符

另見

C++ 文件 關於 位域