c - 为什么位域必须是整数？

Question

我搜索的每一本书，互联网上的每一个教程和 SO 上的每一个问答都说，位域必须是整数类型。这是为什么？

Answer 1

让我们问相反的问题：

• 位域可以是除整数类型以外的哪些类型？

让我们回顾一下这些选项：

1. void: 不是一个值——行不通。
2. 指针：但机器上的指针是固定大小的；您不能使用 13 位指针并期望它意味着什么。
3. 结构，联合：但你不是在处理简单的字段。
4. 留下floator double，但这些是精心设计的格式，您不能简单地使用 a double(or float) 中的 13 位并期望它意味着什么。

因此，在您完成这些选项之后，您会得到各种类型的整数：char、short、int、long、long long（有符号和无符号形式）和_Bool. 在这些选项中，标准规定您可以使用_Bool、unsigned int和signed int'plain' int：

ISO/IEC 9899:2011 §6.7.2.1结构和联合类型说明符

¶5 位字段的类型应为 、 、 或其他一些实现定义的类型的合格或非_Bool合格signed int版本unsigned int。是否允许原子类型是实现定义的。

'plain' 的行为int是实现定义的：它可以是有符号的或无符号的（大致就像 'plain'char可以是有符号的或无符号的）。所以，jxh的评论是正确的；我不小心引用了太多类型（但我已经改写了一些东西，以免引起误导）。

请注意，位域的大部分行为是实现定义的；除了符号之外，标准规定的内容很少。

Answer 2

整数是一组简单的加权位。他们安静，谦逊，并且很容易被操纵。

几乎所有其他数据类型都受到某种解释：浮点数有两部分，尾数和指数；字符串是......好吧，字节字符串（或Unicode值）。结构或指向数组的指针几乎可以表示任何东西。

例如，我可以轻松地将 32 位存储在一个整数中，然后像这样检索它们（类似 c 的伪代码）：

int GetBit(int field, int position)
{
    return field & 1 << position;
}

返回值为 1 或 0，以整数形式存储。

一个字节（八位）是计算机系统中最小的公分母。计算机不会让您直接检索小于此数量的位，并且现在大多数计算机都检索多字节数量的位。一台 32 位计算机检索……嗯，一次 32 位；一个 32 位整数，这就是我们谈话的开始。

Answer 3

这就是位域的定义方式，它们只能采用（某些）整数类型并被解释为整数值。

C.11 §6.7.2.1 ¶5：

_Bool位域的类型应该是、signed int、unsigned int或其他一些实现定义的类型的合格或不合格版本。是否允许原子类型是实现定义的。

C.11 §6.7.2.1 ¶10：

位域被解释为具有由指定位数组成的有符号或无符号整数类型。如果值 0 或 1 存储到类型为 的非零宽度位域中_Bool，则该位域的值应与存储的值进行比较；_Bool位域具有 a 的语义_Bool。

如果您想知道如何使用位域，位域通常用于创建比它所基于的类型更小的类型。而且，顾名思义，这种类型的“变量”有望用于位操作。并且位操作传统上和直观地使用整数类型执行。

Answer 4

几乎所有其他类型（即非整数）都存在于该语言中，主要是因为它们（或可以）由底层硬件直接支持。例如，这适用于指针类型和浮点算术类型。底层硬件立即对类型的对象表示施加了严格的格式和位大小要求。不可能更改类型的位大小并仍然保持硬件直接支持它。

为了实现非整数类型的位域等特性，实现必须为这些类型的位域版本提供软件级别的支持，即它必须模拟对这些类型的支持。这将是相当复杂和低效的，所以语言标准不包括这个作为一个特性。同时，对于整数类型，这并不难高效地实现。