C嵌套联合和结构

Question

早上好，我正在努力想出一种数据结构，它可以在不同的应用程序中使用，但作为相同的类型传递给传输功能，我现在使用的是netbeans，但是这将被传输到dspic30f (16位)，

typedef union {

    union {

        struct {
            unsigned bit0 : 1;
            unsigned bit1 : 1;
            unsigned bit2 : 1;
            unsigned bit3 : 1;
            unsigned bit4 : 1;
            unsigned bit5 : 1;
            unsigned bit6 : 1;
            unsigned bit7 : 1;

            unsigned bit8 : 1;
            unsigned bit9 : 1;
            unsigned bit10 : 1;
            unsigned bit11 : 1;

            union {

                struct {
                    unsigned bit12 : 1;
                    unsigned bit13 : 1;
                    unsigned bit14 : 1;
                    unsigned bit15 : 1;
                };
                unsigned char value;
            } lastfour;

        };
        unsigned int value : 16;
    };

    union {

        struct {

            union {

                struct {
                    unsigned bit0 : 1;
                    unsigned bit1 : 1;
                    unsigned bit2 : 1;
                    unsigned bit3 : 1;
                };
                unsigned char value;
            } firstfour;

            unsigned bit4 : 1;
            unsigned bit5 : 1;
            unsigned bit6 : 1;
            unsigned bit7 : 1;

            unsigned bit8 : 1;
            unsigned bit9 : 1;
            unsigned bit10 : 1;
            unsigned bit11 : 1;
            unsigned bit12 : 1;
            unsigned bit13 : 1;
            unsigned bit14 : 1;
            unsigned bit15 : 1;


        };
        unsigned int value : 16;
    };

} foo;

然后，我使用下面的代码检查功能。

int main(int argc, char** argv) {

     foo a;
     a.value =0;
     a.lastfour.value = 0xF;

     printf("%d", a.value);

     return (EXIT_SUCCESS);
 }

打印的值是0，但是由于合并，我认为这两个结构共享相同的内存(16位)，因此在将‘last-4’设置为0xF ' value‘之后，现在应该是0xF 000。

有人能给我指点一下我做错了什么，以及为什么“价值”没有读取包含“最后四”的相同的记忆。

Answer 1

首先，我很惊讶这甚至会为你编写。在您的unions类型中有两个匿名foo，它们有重复的成员名(bit4、bit5等)。你的代码不是为我编译的。您应该为这两个unions提供名称或重命名bits，这样它们就不会发生冲突。

其次，您的联合firstfour和lastfour最终可能是8位，而不是4位，因为char的最小大小是8位。会把你的其他部分都抛之脑后。

第三，您的联合firstfour和lastfour不会在内存中的第12位开始。它们将根据需要对齐您的处理器，可能在下一个2字节或4字节偏移量处。尝试在您的函数中打印sizeof(foo)。我保证你会看到像4或8这样的东西，而不是你期待的2。

第四，更大的大小就是为什么您看到测试代码中打印的值"0“。前16位都是零。您设置的0xF要么在接下来的16位中，要么可能在下一个32位中，这取决于编译器对齐的方式。

这里有一个结构布局，应该适合您所要做的工作。我测试过了它对我有用。将所有内容打包成2个字节。

typedef struct {
    union {
        struct {
            uint16_t firstfour  : 4;
            uint16_t secondfour : 4;
            uint16_t thirdfour  : 4;
            uint16_t lastfour   : 4;
        };
        /* EDIT - Duplicate structure with different member names
           added, in response to a comment below. */
        struct {
            uint16_t nibble1    : 4;
            uint16_t nibble2    : 4;
            uint16_t nibble3    : 4;
            uint16_t nibble4    : 4;
        };
        struct {
            uint16_t bit0  : 1;
            uint16_t bit1  : 1;
            uint16_t bit2  : 1;
            uint16_t bit3  : 1;
            uint16_t bit4  : 1;
            uint16_t bit5  : 1;
            uint16_t bit6  : 1;
            uint16_t bit7  : 1;
            uint16_t bit8  : 1;
            uint16_t bit9  : 1;
            uint16_t bit10 : 1;
            uint16_t bit11 : 1;
            uint16_t bit12 : 1;
            uint16_t bit13 : 1;
            uint16_t bit14 : 1;
            uint16_t bit15 : 1;
        };
        uint16_t value;
    };
} foo;

Answer 2

它是定义的实现(取决于int-s、处理器、痴呆症、ABI等的大小)。在带有ARM处理器的Android平板电脑上，以及在x86-64桌面上，运行64位版本的Linux (发行版)肯定会有所不同。

我认为您应该避免在union-s中使用struct中的位字段，除非您正在考虑特定的实现。

我不确定您的代码是否允许您调用任意函数(特别是，因为指针的大小可能与int-s不同；您可能希望使用intptr_t)，但这与代码没有多少共同之处。

如果您想要调用任意的任意签名函数，请考虑使用一些库，比如libFFI (当然这是特定于实现的)。

注意，位域是实现特定的，并且效率不高(就访问时间而言)。对于在台式机或笔记本电脑上运行的软件来说，它们几乎总是无用的。它们在实现特定的低级别嵌入式代码(例如洗衣机中的微控制器 )方面更有用，然后您应该知道您的实现(包括编译器)正在做什么。

顺便说一句，您的代码是错误的，因为lastfour包含一个char (通常是一个8位字节)，所以它不能与4位位字段(bits12 .bits15)占据相同的位置；也许您应该用unsigned valfourbits : 4;等替换firstfour中的unsigned char value;。

要将一些动态类型的数据传递给某个函数，您可能需要一些有标记的联合。Glib GVariant型是一个真实的例子(您可能会深入到源代码中)。

如果您了解一些汇编程序，可以尝试查看编译器生成的汇编程序代码。如果使用GCC进行编译，请尝试使用gcc -Wall -fverbose-asm -O -S your-main.c编译程序，然后(使用编辑器或寻呼机)查找your-main.s中生成的汇编程序代码。

注意(假设您没有使用register关键字，它已经过时了)每个数据-variable或聚合字段或数组组件都是可寻址的(您可以使用一元前缀&操作符的地址)，并且在实际中可以作为连续字节坐在内存中，并具有某种对齐约束。但是，位字段(和register变量)是一个例外。它们是不可寻址的，而且位字段通常位于特定于实现的可寻址内存区域中。

一般的经验规则是避免位字段。这个规则是有例外的，但是你应该首先了解更多关于C的知识。