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為什么位Endianness是位域中的一個(gè)問題？

C++ C

慕蓋茨4494581 2019-06-20 17:33:35

為什么位Endianness是位域中的一個(gè)問題？任何使用位字段的可移植代碼似乎都可以區(qū)分小平臺和大端平臺。見Linux內(nèi)核中struct iphdr的聲明這類代碼的例子。我不明白為什么一點(diǎn)點(diǎn)迷戀是一個(gè)問題。據(jù)我所知，位字段是純粹的編譯器構(gòu)造，用于方便位級操作。例如，考慮以下位域：struct ParsedInt { unsigned int f1:1; unsigned int f2:3; unsigned int f3:4;};uint8_t i;struct ParsedInt *d = &i;在這里，寫作d->f2是一種簡潔易懂的表達(dá)方式(i>>1) & (1<<4 - 1).但是，位操作是定義良好的，并且不管體系結(jié)構(gòu)如何都能工作.那么，為什么位域不是可移植的呢？

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3 回答

墨色風(fēng)雨

TA貢獻(xiàn)1853條經(jīng)驗(yàn) 獲得超6個(gè)贊

按照C標(biāo)準(zhǔn)，編譯器可以隨意地以任意方式存儲位字段。你可以的絕不可能對比特的分配位置做任何假設(shè)。下面是一些C標(biāo)準(zhǔn)沒有指定的與位字段相關(guān)的內(nèi)容：

未指定行為

分配給容納位字段的可尋址存儲單元的對齊(6.7.2.1)。

實(shí)現(xiàn)-定義的行為

位字段是否可以跨越存儲單元邊界(6.7.2.1).
單元內(nèi)位字段的分配順序(6.7.2.1).

大/小終端當(dāng)然也是實(shí)現(xiàn)定義的。這意味著您的結(jié)構(gòu)可以按以下方式分配(假設(shè)16位INT)：

PADDING : 8f1 : 1f2 : 3f3 : 4or

PADDING : 8f3 : 4f2 : 3f1 : 1or

f1 : 1f2 : 3f3 : 4PADDING : 8or

f3 : 4f2 : 3f1 : 1PADDING : 8

哪一個(gè)適用？猜一猜，或者深入閱讀編譯器的后端文檔。再加上32位整數(shù)的復(fù)雜性，以大數(shù)或小數(shù)表示，再加上這一點(diǎn)。然后添加一個(gè)事實(shí)，即編譯器可以添加任意數(shù)量的填充。字節(jié)在BIT字段中的任何位置，因?yàn)樗灰暈橐粋€(gè)結(jié)構(gòu)(它不能在結(jié)構(gòu)的開頭添加填充，但可以添加其他任何地方)。

然后，我甚至沒有提到如果您使用普通的“int”作為位字段類型=實(shí)現(xiàn)定義的行為，或者使用(無符號)int=實(shí)現(xiàn)定義的行為以外的任何其他類型會發(fā)生什么。

因此，要回答這個(gè)問題，不存在可移植的位域代碼，因?yàn)镃標(biāo)準(zhǔn)對于如何實(shí)現(xiàn)位字段非常模糊。唯一可以信任的位字段是布爾值塊，程序員不關(guān)心這些位在內(nèi)存中的位置。

唯一的可移植解決方案是使用按位運(yùn)算符而不是位字段。生成的機(jī)器代碼將完全相同，但具有確定性。在任何C編譯器上，任何系統(tǒng)的逐位操作符都是100%可移植的.

反對回復(fù) 2019-06-20

RISEBY

TA貢獻(xiàn)1856條經(jīng)驗(yàn) 獲得超5個(gè)贊

據(jù)我所知，位域純粹是編譯器構(gòu)造。

這也是問題的一部分。如果位字段的使用僅限于編譯器“擁有”的內(nèi)容，那么編譯器如何打包或排序位將幾乎與任何人無關(guān)。

然而，位字段可能更多地用于建模編譯器域-硬件寄存器、通信的“連線”協(xié)議或文件格式布局的外部結(jié)構(gòu)。這些東西對如何布局比特有嚴(yán)格的要求，而使用位字段對其建模意味著您必須依賴于實(shí)現(xiàn)定義的，更糟糕的是編譯器將如何布局位字段的未指定的行為。

簡而言之，位字段的指定不夠好，不能使它們在最常用的情況下有用。

反對回復(fù) 2019-06-20

大話西游666

TA貢獻(xiàn)1817條經(jīng)驗(yàn) 獲得超14個(gè)贊

ISO/IEC 9899： 6.7.2.1 / 10

實(shí)現(xiàn)可以分配任何足夠大的可尋址存儲單元，以容納位?LD。如果有足夠的空間，結(jié)構(gòu)中緊接著另一位的位?LD應(yīng)被封裝在同一單元的相鄰位中。如果不存在?-?空間，則將不適合的位-?LD放入下一個(gè)單元或重疊相鄰單元是實(shí)現(xiàn)-de?Ned。在一個(gè)單元內(nèi)(從高階到低階或低階到高階)位?屏蔽的分配順序是實(shí)現(xiàn)-de?ned?？蓪ぶ反鎯卧膶R是?編輯的。

在試圖編寫可移植代碼時(shí)，使用位移位操作而不是對位字段的排序或?qū)R做任何假設(shè)是更安全的，而不考慮系統(tǒng)的endianness或Bitness。

亦見EXP11-C.不要將期望一種類型的運(yùn)算符應(yīng)用于不兼容類型的數(shù)據(jù)。

反對回復(fù) 2019-06-20