Что делает VC ++ при упаковке BitFields?

Question

Чтобы прояснить мой вопрос, давайте начнем с примера программы:

#include <stdio.h>

#pragma pack(push,1)
struct cc {
    unsigned int a   :  3;  
    unsigned int b   : 16;
    unsigned int c   :  1;
    unsigned int d   :  1;
    unsigned int e   :  1;
    unsigned int f   :  1;
    unsigned int g   :  1;
    unsigned int h   :  1;
    unsigned int i   :  6;  
    unsigned int j   :  6;  
    unsigned int k   :  4;  
    unsigned int l   : 15;
};
#pragma pack(pop)

struct cc c;

int main(int argc, char **argv)

{   printf("%d\n",sizeof(c));
}

Вывод «8», что означает, что 56 бит (7 байтов), которые я хочу упаковать, упакованы в 8 байтов, по -видимому, тратясь впустую целый байт. Любопытно, как компилятор выкладывал эти биты в памяти, я попытался написать конкретные значения &c, например:

int main (int argc, char ** argv)

{
unsigned long long int* pint = &c;
*pint = 0xFFFFFFFF;
printf("c.a = %d", c.a);
...
printf("c.l = %d", c.l);
}

Как и ожидалось, на x86_64 с использованием Visual Studio 2010 происходит следующее:

*pint = 0x00000000 000000FF :

c[0].a = 7
c[0].b = 1
c[0].c = 1
c[0].d = 1
c[0].e = 1
c[0].f = 1
c[0].g = 0
c[0].h = 0
c[0].i = 0
c[0].j = 0
c[0].k = 0
c[0].l = 0

*pint = 0x00000000 0000FF00 :

c[0].a = 0
c[0].b = 0
c[0].c = 0
c[0].d = 0
c[0].e = 0
c[0].f = 0
c[0].g = 1
c[0].h = 127
c[0].i = 0
c[0].j = 0
c[0].k = 0
c[0].l = 0


*pint = 0x00000000 00FF0000 :

c[0].a = 0
c[0].b = 0
c[0].c = 0
c[0].d = 0
c[0].e = 0
c[0].f = 0
c[0].g = 0
c[0].h = 32640
c[0].i = 0
c[0].j = 0
c[0].k = 0
c[0].l = 0

и т. д.

Забудьте на мгновение переносимости и предположим, что вы заботитесь об одном процессоре, один компилятор и одну среду выполнения. Почему VC ++ не может упаковать эту структуру в 7 байт? Это вещь длины слова? То MSDN DOCS на #pragma pack говорит: «Выравнивание участника будет на границе, которая либо кратна n [1 в моем случае], либо кратно размером члена, в зависимости от того, что меньше». Кто -нибудь может дать мне некоторое представление о том, почему я получаю размер 8, а не 7?

Answer 1

MSVC ++ всегда выделяет хотя бы единицу памяти, которая соответствует типу, который вы использовали для своего битного поля. Ты использовал unsigned int, это означает, что unsigned int первоначально выделяется, а другой unsigned int выделяется, когда первый измотан. Нет способа заставить MSVC ++ подстричь неиспользованную часть второго unsigned int.

По сути, MSVC ++ интерпретирует ваш unsigned int Как способ выразить требования выравнивания для всей структуры.

Используйте меньшие типы для ваших битовых полей (unsigned short и unsigned char) и перегруппируйте битовые поля так, чтобы они полностью заполняли выделенную единицу - таким образом, вы должны быть в состоянии упаковать вещи как можно более плотно.

Answer 2

BitFields хранятся в типе, который вы определяете. Поскольку вы используете unsigned int, и это не поместится ни в одном unsigned int Затем компилятор должен использовать второе целое число и сохранить последние 24 бита в этом последнем целом.

Answer 3

Ну, вы используете Unsigned Int, который в этом случае составляет 32 бит. Следующая граница (подходящая в Битфилде) для Unsigned int составляет 64 бит => 8 байт.

Answer 4

PST прав. То члены выровнены по 1-байтовым границам (или меньше, так как это немного поля). Общая структура имеет размер 8 и выровнен на 8-байтовой границе. Это соответствует как стандарту, так и pack вариант. Документы никогда не говорят, что в конце не будет прокладки.

Answer 5

Чтобы дать еще один интересный иллюстрирует, что происходит, рассмотрим случай, когда вы хотите упаковать структуру, которая пересекает границу типа. Например

struct state {
    unsigned int cost     : 24; 
    unsigned int back     : 21; 
    unsigned int a        :  1; 
    unsigned int b        :  1; 
    unsigned int c        :  1;
};

Эта структура не может быть упакована в 6 байтов, используя MSVC, насколько я знаю. Тем не менее, мы можем получить желаемый эффект упаковки, разбив первые два поля:

struct state_packed {
    unsigned short cost_1   : 16; 
    unsigned char  cost_2   :  8;
    unsigned short back_1   : 16; 
    unsigned char  back_2   :  5;
    unsigned char  a        :  1; 
    unsigned char  b        :  1; 
    unsigned char  c        :  1; 
};

Это действительно может быть упаковано в 6 байтов. Тем не менее, доступ к первоначальному полю затрат чрезвычайно неловко и уродлив. Один из методов состоит в том, чтобы разыграть указатель State_packed на специализированную фиктивную структуру:

struct state_cost {
    unsigned int cost     : 24;
    unsigned int junk     :  8; 
};

state_packed    sc;
state_packed *p_sc = ≻

sc.a = 1;
(*(struct state_cost *)p_sc).cost = 12345;
sc.b = 1;

Если кто -то знает более элегантный способ сделать это, я бы хотел знать!