Visual Studio C++ 位域结构体大小问题

Posted 2023-02-22

【中文标题】Visual Studio C++ 位域结构体大小问题

【英文标题】：Visual Studio C++ bitfield struct size problem

【发布时间】：2018-11-29 07:35:15

【问题描述】：

我已经使用打包属性在 GCC 中创建并编译了以下代码，它按预期工作。但在 Visual Studio 中的结果与 GCC 不同。

#pragma pack(push, 1)
typedef struct

    uint8_t TargetID: 6;
    enum_OPCode OPCode: 3;
    uint8_t CRC7: 7;
 struct_commDataPack_request;
#pragma pack(pop)

如您所见，所有元素的大小必须为 16bits = 2Bytes，这在 GCC 中是正确的，但在 Visual Studio 中它返回 3Bytes！如果我将它的大小减小到 15 位，它将返回 2 字节。

我该如何解决？

【问题讨论】：

请发minimal reproducible example。

我每天都在 VS 上工作。关于位域，我曾经意识到，当基类型不同时，位域不会打包在一起。 IE。 struct Pack unsigned a: 3; bool b: 1; ; 需要 2 个字节而不是预期的 1 个字节。这也可能是这里的问题。不幸的是，我不能说这方面的标准是什么。

你写 "如果我将它的大小减小到 15bits，它将返回 2Bytes"：你如何减小它？请edit您的问题并添加相应的代码。同时告诉我们enum_OPCode到底是什么。

你用的是哪个版本的VS？使用您的示例（和enum enum_OPCode OPCode1, OPCode2, OPCode3, OPCode4, OPCode5, OPCode6, NOPCodes ;），我在 VS2013 中获得了 6 个字节（尝试了 Debug 和 Release ）。将enum_OPCode 替换为uint8_t，我仍然得到3。

不要使用位域或打包。位字段过于依赖于实现，并且打包只是非标准的。在这种情况下，将存储实现为单个 uint16_t，并为使用位移位和掩码实现的每个字段编写 getter 和 setter。

【参考方案1】：

嗯，打包太依赖平台了，不能真正依赖它。

在 VS 中，当您执行“pack(push, 1)”时，您实际上将填充设置为 8 位，并且如您所见，以三个字节结束（其中 6 位是填充）。

但是 GCC 上的填充（如果你使用 __attribute__((packed)) 或它的一些别名）可以完全关闭。这就是为什么您只看到 2 个字节。

为了保持可移植性，您为什么不编写自己的小型序列化例程？像这样的：

struct_commDataPack_request s;
short wire = s.TargetID | (s.OPCode<<6) | (s.CRC7 << 9);

【讨论】：

这与我刚刚在 VS2013 中观察到的完全一致。

是的，小错字 :) 好吧，在 VS 中，您会在 OPCode 中获得 5 个额外的填充位，并在 CRC7 末尾获得 1 个额外的位。我玩过它，似乎 8 位是最小可能的填充！

【参考方案2】：

我用这段代码在VS2017中复现：

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

typedef enum  A,B,C  enum_OPCode;

#pragma pack(push, 1)
typedef struct

  uint8_t TargetID : 6;
  uint8_t OPCode : 3;
  uint8_t CRC7 : 7;
 struct_commDataPack_request;
#pragma pack(pop)

int main()

  printf("%zd\n", sizeof(struct_commDataPack_request));

这里的大小是3。

但是当我改变时

uint8_t OPCode : 3;
uint8_t CRC7 : 7;

到

uint8_t OPCode : 2;
uint8_t CRC7 : 8;

（整体大小保持16位），大小为2。

如前所述，最好是编写自己的序列化/反序列化。

【讨论】：

我认为 Visual Studio 不会将 OPCode : 3 分配给两个不同的 uint8_t。这就是 OPCode : 2 减小大小的原因，因为现在 OPCode 适合保存 TargetID 的 uint8_t。

@AndreasH。这是有道理的。

在 cppreference.com 上找到了一段文字：“[...] 在某些平台上，位字段不跨越字节，而在其他平台上却可以”。所以使用 uint16_t 应该可以解决您的问题。

【参考方案3】：

如MS document中所述：

位域的基础类型必须是整数类型。 如果位字段会溢出声明类型的边界（在您的情况下是 uint8_t），则会分配新的存储单元。

解决问题的一种方法是使用具有更大边界的声明类型 (uint16_t)。

这是我使用的代码：

#include "pch.h"
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

typedef enum  A, B, C  enum_OPCode;

#pragma pack(push, 1)
typedef struct

    uint16_t TargetID : 6;
    uint16_t OPCode : 3;
    uint16_t CRC7 : 7;
 struct_commDataPack_request;
#pragma pack(pop)

int main()

    struct_commDataPack_request packet;

    packet.TargetID = 0;
    packet.OPCode = 7;
    packet.CRC7 = 0;

    unsigned char * pData = (unsigned char *)&packet;

    printf("Packet size : %zd\n", sizeof(struct_commDataPack_request));
    for (int i = 0; i < sizeof(packet); i++) 
        printf("byte %d is [%02X]\n", i, pData[i] );
    

结果：

Packet size : 2
byte 0 is [C0]
byte 1 is [01]

（0x01C0 位：0000 0001 1100 0000）