位字段与stdint定义

Question

所以我用C++编程，据我所知，没有与stdint.h等价的C++。这没问题，因为你只需抓取一份stdint的副本并将其包含进来即可。但我的问题基本上是这样的

这两段代码有什么区别：

struct FREQ{
    unsigned int FREQLOHI :16;
    //etc...

};

和

struct FREQ{
    uint16_t FREQLOHI;
    //etc...
}

除了位域的明显限制之外，是否存在性能/可移植性问题？哪一个是首选的？

Answer 1

不同之处在于，unsigned int在不同的平台上可能具有不同的大小，而uint16_t则保证具有16位宽度。这意味着第一个(位域)结构的实例在不同的平台上可能具有不同的大小。此外，位字段访问的开销更大，因为它涉及额外的移位和掩码。

例如，在无符号整数是32位宽的笔记本电脑上，第一个结构是32位宽，而第二个结构是16位。

当谈到可移植性时，位字段的情况要干净得多，因为它是一个旧的C语言特性，在1998年标准化时就包含在C++中( 14882: 1998 )。另一方面，stdint.h只是在1999年才添加到C中(ISO/IEC9899: 1999标准)，因此不是C++98的一部分(ISO/IEC 14882:1998)。然后，相应的头cstdint被合并到C++ TR1中，但它将所有标识符放在std::tr1名称空间中。Boost还提供了头部。最新的C++标准(C++11，也就是2011年9月发布的ISO/IEC 14882: 2011 )包含了头cstdint，它将所有标识符放入std名称空间。尽管如此，cstdint还是得到了广泛的支持。

Answer 2

编译器通常倾向于将位字段打包在一个单词中，从而减少结构的整体大小。这种压缩是以较慢地访问位域成员为代价的。例如：

struct Bitfields
{
    unsigned int eight_bit : 8;
    unsigned int sixteen_bit : 16;
    unsigned int eight_bit_2 : 8;
};

可能被打包为

0            8                        24
-----------------------------------------------------
| eight_bit  | sixteen_bit            | eight_bit_2 |
-----------------------------------------------------

每次访问sixteen_bit时，它都会导致移位和按位&操作。

另一方面，如果你这样做了

struct NonBitfields
{
    uint8_t eight_bit;
    uint16_t sixteen_bit;
    uint8_t eight_bit_2;
};

然后，编译器通常在单词边界处对齐成员，并将其布局为如下所示：

0            8           16           24
-----------------------------------------------------
| eight_bit  |            | sixteen_bit             |
-----------------------------------------------------
| eight_bit_2|                                      |
-----------------------------------------------------

与位域相比，这浪费了更多的空间，但可以更快地访问成员，而无需进行位移位和掩码。

以下是其他一些差异：

• 不能将sizeof应用于位域成员。
• 不能通过引用传递位域成员。

就可移植性而言，这两种选择都应该适用于任何符合标准的编译器。如果在将结构写出到文件或套接字时，您指的是不同平台之间的二进制可移植性，那么对于任何一种情况，所有的赌注都是错误的。

在偏好方面，我会选择使用uint16_t而不是位字段，除非有充分的理由将字段打包在一起以节省空间。如果在一个结构中有许多bool，我通常会使用位域将这些布尔标志压缩在同一个词中。