结构的第 16 个字节上的 16bit int 跳过一个字节

Question

在长于 16 字节的 c 结构中，如果它是 2 字节元素，第 16 个字节就会出现问题。让我用代码解释一下：

struct test{
    unsigned int a : 16;
    unsigned int b : 16;
    unsigned int c : 16;
    unsigned int d : 16;
    unsigned int e : 16;
    unsigned int f : 16;
    unsigned int g : 16;
    unsigned int h : 8;
    unsigned int i : 16;
};

int main(int argc, char *argv[]){
    //bytes 0, 1, 16, 17 are all equal to 0x31 
    unsigned char *data = "1134567890123451189";
    struct test *testStructure = (struct test*) data;

    printf("%X %X\n", testStructure->a, testStructure->i);
    return 0;
}

输出：

3131 3831

为什么 'i' 不等于 'a'？ 'i' 跳过字节 16 并使用字节 17 和 18 代替。这是怎么回事？

Answer 1

我不会这样做，因为：

位字段打包是实现定义的。参见 C99 §6.7.2.1p10：“单元内位字段的分配顺序（高阶到低阶或低阶到高阶）是实现定义的
这违反了严格的别名规则。

在这种情况下，实际发生的情况很可能是 i 对齐 4 个字节（int 的大小）。

您可以禁用对齐，它应该会给您带来更好的结果：

#pragma pack(1)
struct test{
    unsigned int a : 16;
    unsigned int b : 16;
    unsigned int c : 16;
    unsigned int d : 16;
    unsigned int e : 16;
    unsigned int f : 16;
    unsigned int g : 16;
    unsigned int h : 8;
    unsigned int i : 16;
};
#pragma pack()

int main(int argc, char *argv[]){
    //bytes 0, 1, 15, 16 are all equal to 0x31 
    unsigned char *data = "1134567890123451189";
    struct test *testStructure = (struct test*) data;

    printf("%X %X\n", testStructure->a, testStructure->i);
    return 0;
}

在 clang 上，x86_64 它打印：

3131 3131

但是，此代码仍然非法，不能保证在任何地方都以这种方式工作。

要解决位域问题，请尽量不要使用位域（幸运的是在您的特定情况下这是可能的）。但不幸的是，aliasing 问题没有简单的解决方案；大多数依赖类型双关的人只需使用 -fno-strict-aliasing 进行编译（包括 Linux 内核人员）。其他人使用 unions 跳过箍，严格来说这仍然是非法的，但却是常见的习语并且得到大多数编译器的良好支持：

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

#pragma pack(1)
struct test{
    uint16_t a;
    uint16_t b;
    uint16_t c;
    uint16_t d;
    uint16_t e;
    uint16_t f;
    uint16_t g;
    uint8_t  h;
    uint16_t i;
};
union u{
    struct test t;
    char str[17];
};
#pragma pack()

int main(int argc, char *argv[]){
    //bytes 0, 1, 15, 16 are all equal to 0x31 
    char *data = "1134567890123451189";
    union u *testStructure = (union u*) data;

    printf("%X %X\n", testStructure->t.a, testStructure->t.i);
    return 0;
}

结构的第 16 个字节上的 16bit int 跳过一个字节

16bit int on 16th byte of structure skips a byte

c

struct

skip