ANSI C 是不是支持有符号/无符号位域？

Posted 2023-02-18

【中文标题】ANSI C 是不是支持有符号/无符号位域？

【英文标题】：Does ANSI C support signed / unsigned bit fields?ANSI C 是否支持有符号/无符号位域？

【发布时间】：2010-09-14 01:45:40

【问题描述】：

将位字段限定为有符号/无符号是否有意义？

【参考方案1】：

标准的相关部分 (ISO/IEC 9899:1999) 是 6.7.2.1 #4：

位域的类型应为合格或不合格 _Bool、signed int、unsigned int 或其他一些实现定义的版本 输入。

【讨论】：

我认为问题是关于 ANSI C (c89/c90) 而不是 ISO C (c99)。

【参考方案2】：

是的。来自here的例子：

struct 
  /* field 4 bits wide */
  unsigned field1 :4;
  /*
   * unnamed 3 bit field
   * unnamed fields allow for padding
   */
  unsigned        :3;
  /*
   * one-bit field
   * can only be 0 or -1 in two's complement!
   */
  signed field2   :1;
  /* align next field on a storage unit */
  unsigned        :0;
  unsigned field3 :6;
full_of_fields;

只有您知道它在您的项目中是否有意义；通常，如果字段可以有意义地为负数，则它适用于多于一位的字段。

【讨论】：

+1 表示使用位域时可能存在的可移植性问题（一对二补码）

【参考方案3】：

将变量限定为有符号或无符号非常重要。编译器需要知道如何在比较和强制转换期间处理变量。检查此代码的输出：

#include <stdio.h>

typedef struct

    signed s : 1;
    unsigned u : 1;
 BitStruct;

int main(void)

    BitStruct x;

    x.s = 1;
    x.u = 1;

    printf("s: %d \t u: %d\r\n", x.s, x.u);
    printf("s>0: %d \t u>0: %d\r\n", x.s > 0, x.u > 0);

    return 0;

输出：

s: -1    u: 1
s>0: 0   u>0: 1

编译器使用单个位 1 或 0 存储变量。对于有符号变量，最高有效位确定符号（高位被视为负数）。因此，带符号的变量在以二进制形式存储为 1 时，会被解释为负数。

扩展此主题，无符号两位数的范围为 0 到 3，而有符号两位数的范围为 -2 到 1。

【参考方案4】：

是的，可以。 C 位域本质上只是有限范围的整数。硬件接口经常将位打包在一起，使得某些控制可以从 -8 到 7，在这种情况下您确实需要一个有符号位字段，或者从 0 到 15，在这种情况下您需要一个无符号位-字段。

【参考方案5】：

我认为 Andrew 不是在谈论单比特位域。例如，4 位字段：3 位数字信息，1 位符号。这完全有道理，尽管我承认我无法想出这样的场景。

更新：我并不是说我想不出多位位域的用途（早在 2400bps 调制解调器时代就一直使用它们来尽可能地压缩数据以进行传输），但我可以不要想到有符号位字段的用途，尤其是对于读者来说不是一个古怪、明显的“啊哈”时刻。

【讨论】：

有些场景是有用的。在计算几何中，您通常必须存储诸如“下一个、上一个、无、相同”之类的信息。这恰好是两个位。碰巧你可以将你的结构压缩到一个不错的大小，比如 2^n，你可能会得到一个很好的性能提升。

【参考方案6】：

当然，ANSI-C 提供有符号和无符号位字段。这是必需的。这也是为 IEEE-754 浮点类型 [[1][5][10]]、[[1][8][23]] 和 [[1][10][53] 编写调试器覆盖的一部分]。这在此类数据的机器类型或网络转换中很有用，或者在通过链接发送之前检查双精度（数学为 64 位）到半精度（压缩为 16 位）的转换，例如视频卡纹理。

// Fields need to be reordered based on machine/compiler endian orientation

typedef union _DebugFloat 
   float f;
   unsigned long u;
   struct _Fields 
        signed   s :  1;
        unsigned e :  8;
        unsigned m : 23;
       fields; 
    DebugFloat;

埃里克

【参考方案7】：

有符号位域很有用的一个地方是在仿真中，其中仿真机器的位数少于您的默认字。

我目前正在研究模拟 48 位机器，并正在尝试通过位域从 64 位“long long”中使用 48 位是否合理......生成的代码将是相同的好像我做了所有的屏蔽、符号扩展等，但它会读起来更好......

【参考方案8】：

根据这个参考，有可能：http://publib.boulder.ibm.com/infocenter/macxhelp/v6v81/index.jsp?topic=/com.ibm.vacpp6m.doc/language/ref/clrc03defbitf.htm

【参考方案9】：

位掩码签名类型因平台硬件而异，这取决于它如何处理移位等溢出。

任何半好 QA 工具都会故意警告这种用法。

【参考方案10】：

如果一个“位”被签名，那么你的范围是-1、0、1，然后变成一个三进制数字。我认为标准的缩写在这里不合适，但可以进行有趣的对话:)

【讨论】：

错了。你得到-1、-0、+0、+1。两位，四种状态。

可能像 -2, -1, 0, 1 这样更有意义，你几乎不需要 -0

嗯。我不认为 C 标准在整数算术中包含负零的概念。

实际上，从一个位开始，您只能得到两种状态（如果您了解二进制补码算术，那就不足为奇了）它们是 0 和 -1。

@Nils：是的，从一个位你只能得到两个状态，而从两个位你可以得到四个状态。如果您的评论是对 workmad3 的回复，也许您应该在评论前加上“@workmad3”。