为什么结构大小随结构中的枚举位域而变化(标准C)

Question

在使用这个问题中的代码时，我发现当使用8位宽枚举而不是uint8_t类型时，结构的大小会增加。

请参阅以下代码示例：

代码选项A

typedef enum { A, B, C, MAX = 0xFF } my_enum;

struct my_compact_struct_option_a
{
    my_enum field1 : 8; // limiting enum size to 8 bits 
    uint8_t second_element[6];
    uint16_t third_element;
};

此结构second_element中的第二个变量的偏移量为1。这表明枚举field1仅限于uint8_t大小，但是结构的大小为12字节。这对我来说是意外的。

把这个和

代码选项B

typedef uint8_t my_type;

struct my_compact_struct_option_b
{
    my_type field1; 
    uint8_t second_element[6];
    uint16_t third_element;
};

在这里，second_element的偏移量也是1，但是这个结构的大小是10字节。这是意料之中的。

为什么第一个代码示例中的结构增加到12个字节？

你总是可以自己试试这段代码的。

Answer 1

正如在另一个答案中提到的，C标准指出，实现可以使用任何足够大的存储单元来容纳位字段。由于默认情况下，enum实际上是int，所以大多数编译器都会为位字段使用int大小的存储单元。特别是，gcc和MSVC都将创建一个4字节的enum和一个12字节的struct。

在评论中具体说明的情况下：

 struct foo { int a : 8; char b; };

gcc和clang给它的大小为4，而MSVC给它的大小为8。

因此，似乎正在发生的是，a驻留在一个int大小的存储单元中，因为这是位字段的基本类型。结构的对齐是4，因为这是最大字段的大小，特别是容纳位字段的int大小单元。

gcc和clang似乎与MSVC不同之处在于，gcc和clang将允许非位字段占用与位字段相同的存储单元，而MSVC则将比特字段保留在它们自己的存储单元中。

如果您想使enum类型更小，有一些实现的特定方法。

在gcc中，use可以使用packed属性：

typedef enum __attribute__((__packed__)) { A, B, C, MAX = 0xFF } my_enum;

也可以传递-fshort-enums标志以缩小所有枚举的大小。这两种方法都会导致my_enum大小为1字节，struct my_compact_struct_option_a为10字节。

clang允许您使用以下语法指定枚举的大小：

typedef enum : char { A, B, C, MAX = 0xFF } my_enum;