C 结构解释与位域的配合不正确

Question

我需要使用不同的 C 结构（网络头描述符）对内存中一个字节的 2 位（来自线路）进行相同的解释。这是最小的可重现示例：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>

struct some {
        uint8_t reserved : 6;
        uint8_t flags : 2;
} __attribute__((packed));

struct some2 {
        uint16_t b : 12; 
        uint16_t reserved : 2;
        uint16_t flags : 2;
} __attribute__((packed));

int main(void)
{
        char *ptr = malloc(8);
        ptr[0] = 0xC0;
        ptr[1] = 0x00;

        struct some *hdr = (struct some *)ptr;
        printf("%lu %u\n", sizeof(struct some), hdr->flags);

        struct some2 *hdr2 = (struct some2 *)ptr;
        printf("%lu %u\n", sizeof(struct some2), hdr2->flags);

        return 0;
}

输出：

1 3
2 0

将第二个结构体中的 flags 解释为 0 的原因是什么？ 在 C 中使用位字段时的字段顺序 假设

C 标准允许编译器以任意顺序放置位域。没有 可靠且便携的方式来确定订单。

但是编译器代码没有通过位域机制，这只是来自网络的一个字节，我正在通过位域机制解释它..

Answer 1

在

struct some

中，您已告诉编译器布置一个六位字段和一个两位字段。在

struct some2

中，您已告诉编译器布置一个 12 位字段、一个两位字段和另一个两位字段。

编译器这样做了。对于第一个结构，它将六位

reserved

字段布局为第一个（也是唯一）字节的位 0-5，并将两位

flags

字段布局为该字节的位 6-7 。 （这里，位的编号为 0 作为二进制数字解释时具有最低有效值的位置，7 为最高有效值。）

对于第二个结构，它将 12 位

b

字段布局为第一个字节的位 0-7 和第二个字节的位 0-3（等效地，由

uint16_t

形成的位 0-11）两个字节（按小端顺序），两位

reserved

字段作为第二个字节的位 4-5，两位

flags

字段作为第二个字节的位 6-7。

在

hdr->flags

中，您使用_{struct some}类型访问了一个字节，该字节已设置为C0

16

。这将字节的第 6-7 位解释为两位

flags

字段，产生 3.

在

hdr2->flags

中，您使用

struct some2

类型访问了两个字节，其中第二个字节尚未设置为任何值。这将第二个字节的第 6-7 位解释为两位

flags

字段。该字节显然在这些位中包含零，至少在效果上是这样，产生 0。

如果您想依赖编译器的位字段布局，那么您需要以不同的方式定义结构，以便

flags

的

struct some2

字段对应于第一个字节的位 6-7。或者，您可以使用字符类型访问字节并使用移位运算符提取位 6-7。

Answer 2

在具有 8 位

char

的小端机器上，

uint16_t

将为 0x00C0。

如果字段按从最不重要到最重要的顺序排列，

• hdr->flags

  相当于

  ( x >> 6 ) & 0x3             # 3
  

• hdr2->flags

  相当于

  ( x >> ( 12 + 2 ) ) & 0x3    # 0