Wie steuern Bitfelder in C-Strukturen Speicherlayout und -größe?

Bitfelddeklaration in C-Strukturen

In C ist die Syntax „:1“, „:7“, „:16“ oder „:32“ wird in Strukturdeklarationen verwendet, um die Bitgröße eines Bitfelds anzugeben. Dies ermöglicht eine bessere Kontrolle über das Speicherlayout und eine effiziente Raumnutzung.

Im bereitgestellten Beispiel:

unsigned char a : 1;
unsigned char b : 7;

„:1“ und „:7“ bezeichnen die Bitgrößen von Variablen a bzw. b. Das bedeutet, dass a 1 Bit belegt, während b 7 Bits belegt. Typischerweise werden Bitfelder innerhalb von Strukturen verwendet, um kompakte Datenstrukturen zu erstellen, häufig zur Darstellung von Flags oder kleinen Werten, die kein volles Byte an Speicher erfordern.

Zur weiteren Veranschaulichung betrachten Sie den folgenden Code:

typedef struct {
    unsigned char leftFour  : 4;
    unsigned char rightFour : 4;
} tTwoNybbles;

Hier stellt tTwoNybbles eine Struktur mit zwei 4-Bit-Bitfeldern namens leftFour und rightFour dar. Dadurch werden effektiv zwei Nybbles (jeweils 4 Bits) in einer 8-Bit-Char-Variablen gespeichert.

Gemäß dem C 11-Standard folgen Bitfelddeklarationen den folgenden Regeln:

• Die Der Konstantenausdruck, der die Bitgröße angibt, muss eine nicht negative Integralkonstante sein.
• Der Wert des Ausdrucks kann die Anzahl der Bits überschreiten im zugrunde liegenden Typ, wobei in diesem Fall die überschüssigen Bits als Auffüllung verwendet werden.
• Die Ausrichtung und das Packen von Bitfeldern innerhalb einer Struktur sind durch die Implementierung definiert.

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