位域

 

C

编译器支持

语言

头文件

类型支持

程序工具

变参数函数支持

错误处理

动态内存管理

字符串库

算法

数值

日期和时间工具

输入/输出支持

本地化支持

并发支持 (C11)

技术规范

符号索引

 

C 语言

基本概念

关键词

预处理器

语句

表达式

初始化

声明

函数

杂项

C 的历史

技术规范

 

声明

指针

数组

enum

struct

union

位域

原子类型 (C11)

const

volatile

restrict (C99)

对齐说明符 (C11)

存储期与链接

外部及试探性定义

typedef

静态断言 (C11)

属性 (C23)

 

声明带有明确宽度的成员，按位数计。相邻的位域成员可能被打包，共享和分散到各个单独的字节。

位域声明，是使用下列声明符的结构体或联合体的成员声明：

标识符(可选) : 宽度

标识符	-	正在声明的位域名称。名称是可选的：无名位域引入一个指定的填充位数
宽度	-	一个拥有大于或等于零，且小于或等于底层类型位数的整数常量表达式。大于零时，此为此位域将占据的位数。零值仅允许用于无名位域，并拥有特殊含义：它指定结构体定义中的下个位域会从分配单元边界开始。

解释

位域可以拥有四种类型之一（可为 const 或 volatile 限定）：

• unsigned int，用于无符号位域（unsigned int b:3; 的范围是 0..7 ）
• signed int，用于有符号位域（signed int b:3; 的范围是 -4..3 ）
• int，用于拥有实现定义符号性的位域（注意这与关键词 int 在所有其他地方的含义都不同，它们都表示“signed int”）。例如，int b:3; 可能拥有 0..7 或 -4..3 范围的值。

_Bool，对于单个位的位域（bool x:1; 的范围是 0..1），从它转换和转换为它的隐式转换遵循布尔转换规则。	(C99 起)
位精确整数类型。（例如，_BitInt(5):4; 的范围是 -8..7 而 unsigned _BitInt(5):4; 的范围是 0..15。）	(C23 起)

可接受额外的实现定义类型。位域是否可以拥有原子类型也是实现定义的。 (C11 起)位域中的位数（ 宽度 ）限制其所能保有的值域：

运行此代码

#include <stdio.h>
 
struct S
{
    // 三位无符号位域，
    // 允许值为 0..7
    unsigned int b : 3;
};
 
int main(void)
{
    struct S s = {7};
    ++s.b; // 无符号溢出
    printf("%d\n", s.b); // 输出： 0
}

允许将多个相邻位域打包在一起（通常如此）：

运行此代码

#include <stdio.h>
 
struct S
{
    // 通常将占用 4 字节：
    // 5 位： b1 的值
    // 11 位：未使用
    // 6 位： b2 的值
    // 2 位： b3 的值
    // 8 位：未使用
    unsigned b1 : 5, : 11, b2 : 6, b3 : 2;
};
 
int main(void)
{
    printf("%zu\n",sizeof(struct S)); // 通常打印 4
}

拥有零 宽度 的特殊无名位域打破填充：它指定下个位域在始于下个分配单元的起点：

运行此代码

#include <stdio.h>
 
struct S
{
    // 通常将占用 8 字节
    // 5 位： b1 的值
    // 27 位：未使用
    // 6 位： b2 的值
    // 15 位： b3 的值
    // 11 位：未使用
    unsigned b1 : 5;
    unsigned :0; // 开始新的 unsigned int
    unsigned b2 : 6;
    unsigned b3 : 15;
};
 
int main(void)
{
    printf("%zu\n", sizeof(struct S)); // 通常打印 8
}

因为位域不必在字节的起点开始，故不能取位域的地址。不可能有指向位域的指针。不能对位域使用 sizeof 和 _Alignas (C11 起)。

注解

位域的下列用法导致未定义行为：

• 在位域上调用 offsetof

位域的下列属性未指定：

• 保有位域的分配单元的对齐

位域的下列属性为实现定义：

• int 类型的位域被当做有符号或无符号
• 是否容许除 int、signed int、unsigned int、_Bool (C99 起) 和（可能 unsigned 的）_BitInt(N) (C23 起) 类型的位域

是否容许原子类型的位域

(C11 起)

• 位域是否能越过分配单元边界
• 分配单元内位域的顺序（一些平台上位域从左往右打包，其他平台上是从右往左）

尽管 _Bool 的对象表示的位数至少为 CHAR_BIT，_Bool 类型位域的 宽度 不能大于 1。

(C99 起)

C++ 编程语言中，位域的宽度能超出底层类型，并且 int 类型的位域始终为有符号。

引用

• C23 标准（ISO/IEC 9899:2024）：

• 6.7.2.1 Structure and union specifiers

• C17 标准（ISO/IEC 9899:2018）：

• 6.7.2.1 Structure and union specifiers

• C11 标准（ISO/IEC 9899:2011）：

• 6.7.2.1 Structure and union specifiers

• C99 标准（ISO/IEC 9899:1999）：

• 6.7.2.1 Structure and union specifiers

• C89/C90 标准（ISO/IEC 9899:1990）：

• 3.5.2.1 Structure and union specifiers