通过位域访问 char 中的位

Question

我想单独访问 char 中的位。 SO 上有几个关于此主题的问题和答案，但它们都建议使用布尔数学。但是，对于我的使用来说，如果我可以简单地分别命名这些位会更方便。所以我想通过位域访问 char，就像这样

#include <stdbool.h>
#include <stdio.h>

typedef struct {
    bool _1 : 1, _2 : 1, _3 : 1, _4 : 1, _5 : 1, _6 : 1, _7 : 1, _8 : 1;
} bits;

int main() {
    char c = 0;
    bits *b = (bits *)&c;
    b->_3 = 1;
    printf("%s\n", c & 0x4 ? "true" : "false");
}

此编译没有错误或警告 gcc -Wall -Wextra -Wpedantic test.c。当运行使用 valgrind 生成的可执行文件时，它不会报告任何内存错误。为 b->_3 = 1; 分配生成的程序集是 or eax, 4，这是合理的。

问题

这是在 C 中定义的行为吗？
这是在 C++ 中定义的行为吗？

N.B.: 我知道这可能会给混合字节顺序带来麻烦，但我只有小字节顺序。

Answer 1

Is this defined behaviour in C?
Is this defined behaviour in C++?

TL;DR：不，不是。

布尔位域定义明确：bool 是用于位域的 ok 类型，因此您可以保证在内存中的某处分配 8 个布尔值。如果您访问布尔值 _1，您将获得与上次访问该变量时相同的值。

没有定义的是位序。编译器可以根据需要插入填充位或填充字节。所有这些都是实现定义的且不可移植的。所以你无法真正知道 _1 在内存中的位置，或者它是 MSB 还是 LSB。 None 其中定义明确。

但是，bits *b = (bits *)&c; 通过结构指针访问 char 是严格的别名冲突，并且还可能导致对齐问题。它在 C 和 C++ 中都是未定义的行为。您至少需要将此结构显示为带有 char 的 union 以避开严格的别名，但您仍然可能会遇到对齐问题（并且 C++ 不喜欢通过联合进行类型双关）。

（从布尔类型到字符类型也会产生一些真正疯狂的结果，参见）

None 这很方便 - 位域定义很差。更好地简单地做：

c |= 1u << n;     // set bit n
c &= ~(1u << n);  // clear bit n

这是可移植的，类型通用且与字节顺序无关。

（虽然为了避免由于隐式整数提升而导致的符号变化，但最好始终将 ~ 的结果转换回预期类型：c &= (uint8_t) ~(1u << n);）。

请注意，类型 char 完全不适合按位运算，因为它可能有符号也可能没有符号。相反，您应该使用 unsigned char 或最好使用 uint8_t.

通过位域访问 char 中的位

Accessing the bits in char through a bitfield

c

c++

char

bit