C ++结构语法“a：b”是啥意思

Posted 2023-02-18

【中文标题】C ++结构语法“a：b”是啥意思

【英文标题】：What does C++ struct syntax "a : b" meanC ++结构语法“a：b”是什么意思

【发布时间】：2010-10-23 21:11:52

【问题描述】：

如果我有一个 C++ 结构，定义一个 64 位数据字，例如..

struct SMyDataWord

    int Name : 40;
    int Colour : 24;
;

: 40 语法是什么意思...是否意味着前 40 位为名称保留，其余 24 位为颜色？

这似乎是它的使用方式，但我以前没有遇到过。

【参考方案1】：

位域，从 C 中继承。Name 是 40 位宽，Colour 是 24 位宽。因此，您的结构至少有 64 位。在我的系统上，64 位是 8 个字节。

【讨论】：

在什么系统上 64 位不是 8 字节？

为了迂腐，一个字节中的位数取决于实现（参见 C、C++ 标准中的任何一个）。这是由“限制”标题中的 CHAR_BIT 宏给出的。

一些 IBM 大型机有 9 位字节，IIRC。

...在这样的系统上（其中一个字节是 3 的倍数），八进制在进行位摆弄时发挥其优势（是的，我知道，我离题了）。

至少 64 个？不准确吗？你的意思是 struct 可能占用超过 64 位？

【参考方案2】：

是的，这是bitfields 的语法。它们通常用于定义映射到硬件寄存器的结构。如果你决定使用它们，有一些事情需要记住，一是你不知道编译器如何在构成字段的实际字节中进行布局、排序和填充，编译器之间可能并且会有所不同（也许使用相同的编译器，但优化设置也不同）。

【讨论】：

在您提供的 MSDN 链接中，有一行：注意 nYear 是 8 位长，会溢出声明类型 unsigned int 的字边界。所以是从一个新的unsigned int开头开始的。是不是按照上图的解释有误？

【参考方案3】：

这是一个位域定义。

Name 是一个整数，可以准确存储 40 位信息。颜色可以存储 24 位。

这样做通常是为了在经常需要的结构中节省一些空间，或者将代码压缩到 CPU 易于处理的大小（在您的情况下为 64 位。正好适合 64 位机器上的 CPU 寄存器）。

虽然访问位域的代码执行起来会慢一些。

【参考方案4】：

Use them judiciously:

请记住，几乎所有关于 位域是实现 依赖。例如，是否位 从左到右存储或 从右到左取决于实际 硬件架构。此外， 每个编译器使用不同的成员 对齐模型，这就是为什么尺寸 优化后的 BillingRec 为 12 字节而不是 9。你不能拿 位字段的地址也不能创建 位数组。最后，在大多数 实现位域的使用 产生速度开销。因此，当 你优化你的代码，测量 一定的优化效果和 在您决定使用之前的权衡 它。

【讨论】：

链接没有把我带到帖子中的报价。

【参考方案5】：

这里sizeof 很好地展示了幕后发生的事情：

#include <iostream>
#include <climits>

struct bc_1 
   int a : 1;
   int b : 1;
;

struct bc_2 
   int a : 31;
   int b : 1;
;

struct bc_3 
   int a : 32;
   int b : 1;
;

struct bc_4 
   int a : 31;
   int b : 2;
;

struct bc_5 
   int a : 32;
   int b : 32;
;

struct bc_6 
   int a : 40;
   int b : 32;
;

struct bc_7 
   int a : 63;
   int b : 1;
;

int main(int argc, char * argv[]) 
    std::cout << "CHAR_BIT = " << CHAR_BIT;
    std::cout << " => sizeof(int) = " << sizeof(int) << std::endl;

    std::cout << "1,  1:  " << sizeof(struct bc_1) << std::endl;
    std::cout << "31, 1:  " << sizeof(struct bc_2) << std::endl;
    std::cout << "32, 1:  " << sizeof(struct bc_3) << std::endl;
    std::cout << "31, 2:  " << sizeof(struct bc_4) << std::endl;
    std::cout << "32, 32: " << sizeof(struct bc_5) << std::endl;
    std::cout << "40, 32: " << sizeof(struct bc_6) << std::endl;
    std::cout << "63, 1:  " << sizeof(struct bc_7) << std::endl;

接下来的内容取决于您的编译器和操作系统，也可能取决于您的硬件。在带有 gcc-7 的 macOS 上（CHAR_BIT = 8，32 位 int（即 64 位 long 的一半）有 sizeof(int) = 4）这是我看到的输出：

CHAR_BIT = 8 => sizeof(int) = 4
1,  1:  4
31, 1:  4
32, 1:  8
31, 2:  8
32, 32: 8
40, 32: 12
63, 1:  8

这告诉我们几件事：如果int 类型的两个字段都适合单个int（即上面示例中的32 位），则编译器只分配一个int 的内存价值（@ 987654331@ 和 bc_2)。曾经，单个int 不能再保存位域，我们添加第二个（bc_3 和bc_4）。请注意，bc_5 已满负荷。

有趣的是，我们可以“选择”比允许更多的位。见bc_6。这里 g++-7 给出警告：

bitfields.cpp::30:13: warning: width of 'bc_6::a' exceeds its type
     int a : 40;
             ^~

注意：clang++ 更详细地解释了这一点

bitfields.cpp:30:9: warning: width of bit-field 'a' (40 bits) exceeds the width of its type; value will be truncated to 32 bits [-Wbitfield-width]
    int a : 40;
    ^

然而，在后台，编译器似乎分配了另一个int 的内存。或者至少，它确定了正确的大小。我猜编译器警告我们不要以int a = bc_6::a 访问此内存（我敢打赌int a 将只有字段bc_6::a 的前32 位...）。 bc_7 证实了这一点，其总大小是两个 ints 的大小，但第一个字段涵盖了大部分。

最后将上面示例中的int 替换为long 的行为符合预期：

CHAR_BIT = 8 => sizeof(long) = 8
1,  1:  8
31, 1:  8
32, 1:  8
31, 2:  8
32, 32: 8
40, 32: 16
63, 1:  8