为什么这个结构大小3而不是2？

Question

我定义这个结构：

typedef struct 
{ 
    char A:3; 
    char B:3; 
    char C:3; 
    char D:3; 
    char E:3; 
} col; 

的sizeof(col)给我3的输出，但它不应该是2？如果我只评论一个元素，则sizeof是2.我不明白为什么：3位的五个元素等于15位，并且小于2个字节。

定义像这样的结构是否有“内部大小”？我只需要澄清，因为从我迄今为止的语言概念来看，我预计的是2字节的大小，而不是3.

Answer 1

由于您使用的是char作为字段的基础类型，因此编译器会尝试按字节对位进行分组，并且由于每个字节中的位数不能超过8位，因此每个字节只能存储两个字段。

您的结构使用的位的总数是15，所以适合这么多数据的理想大小将是short。

#include <stdio.h> 

typedef struct 
{ 
    char A:3; 
    char B:3; 
    char C:3; 
    char D:3; 
    char E:3; 
} col; 


typedef struct { 
    short A:3; 
    short B:3; 
    short C:3; 
    short D:3; 
    short E:3; 
} col2; 


int main(){ 

    printf("size of col: %lu\n", sizeof(col)); 
    printf("size of col2: %lu\n", sizeof(col2)); 

} 

上面的代码（为一个64位平台等矿）确实会产生2对于第二结构体。对于任何超过short更大，该结构将填补使用类型的不超过一个元素，所以 - 对于同一个平台 - 该结构将结束与大小四为int，八项long等

Answer 2

因为您不能拥有跨越最小对齐边界的位数据包字段为1个字节），因此他们可能会得到挤得像

byte 1 
    A : 3 
    B : 3 
    padding : 2 
byte 2 
    C : 3 
    D : 3 
    padding : 2 
byte 3 
    E : 3 
    padding : 5 

（场的订单/相同的字节内部填充是不是故意的，它只是给你的想法，因为编译器可以奠定下来如何它更喜欢）

Answer 3

前两位字段适合单个char。第三个不适合那个char，需要一个新的。 3 + 3 + 3 = 9不适合8位字符。

所以第一对需要char，第二对需要char，最后一个位域获得第三个char。

Answer 4

即使尽管ANSI C标准没有详细说明位域是如何打包以提供任何显着的优势而不是“编译器允许打包位域但是它们看起来合适”，但它在很多情况下都禁止编译器以最有效的方式打包文件。

特别是，如果结构包含位域，编译器需要将其存储为包含一个或多个“正常”存储类型的匿名字段的结构，然后将每个这样的字段逻辑地细分为其组成的位域部分。因此，给定：

unsigned char foo1: 3; 
unsigned char foo2: 3; 
unsigned char foo3: 3; 
unsigned char foo4: 3; 
unsigned char foo5: 3; 
unsigned char foo6: 3; 
unsigned char foo7: 3; 

如果unsigned char是8位，则编译器将需要分配该类型的四个字段，和分配两个位域到所有，但一个（这将是在它自己的char字段） 。如果所有char声明已被替换为short，则将有两个short类型的字段，其中一个将保存五个位域，另一个将保留剩余的两个。

在没有对齐限制的处理器上，通过对前五个字段使用unsigned short，对于最后两个字段使用unsigned char，可以更有效地布置数据，以三个字节存储七个三位字段。虽然应该可以将三个字节的8位三位字段存储起来，但编译器只允许在存在可以用作“外部字段”类型的三字节数字类型的情况下。

就个人而言，我认为位域定义为基本无用。如果代码需要使用二进制打包数据，它应该明确定义实际类型的存储位置，然后使用宏或其他一些手段访问其中的位。这将是有益如果C支持像语法：

unsigned short f1; 
unsigned char f2; 
union foo1 = f1:0.3; 
union foo2 = f1:3.3; 
union foo3 = f1:6.3; 
union foo4 = f1:9.3; 
union foo5 = f1:12.3; 
union foo6 = f2:0.3; 
union foo7 = f2:3.3; 

这样的语法，如果允许的话，将有可能使代码在便携方式使用位域，而无需字长或字节序方面（foo0会位于f1的三个最低有效位中，但可以存储在较低或较高地址）。但是，如果没有这样的功能，宏可能是唯一可以使用这种操作的便携式方式。

Answer 5

大多数编译器允许你控制填充，e.g. using #pragmas。下面是使用GCC 4.8.1一个例子：

#include <stdio.h> 

typedef struct 
{ 
    char A:3; 
    char B:3; 
    char C:3; 
    char D:3; 
    char E:3; 
} col; 

#pragma pack(push, 1) 
typedef struct { 
    char A:3; 
    char B:3; 
    char C:3; 
    char D:3; 
    char E:3; 
} col2; 
#pragma pack(pop) 

int main(){ 
    printf("size of col: %lu\n", sizeof(col)); // 3 
    printf("size of col2: %lu\n", sizeof(col2)); // 2 
} 

注意，编译器的默认行为是有原因的，将可能给你更好的性能。