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tags: NCKU Linux Kernel Internals, C語言
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# C 語言：bit-field

[bit-field](https://hackmd.io/@sysprog/c-bitfield?type=view)

## bit-field
根據[C - Bit Fields](https://www.tutorialspoint.com/cprogramming/c_bit_fields.htm)的說明:

struct {
   unsigned int widthValidated;
   unsigned int heightValidated;
} status;

例如說你有一個資料結構，僅僅是想用來表示true或者false。但這樣的宣告會用掉8bytes的空間。

struct {
   unsigned int widthValidated : 1;
   unsigned int heightValidated : 1;
} status;

於是你可以透過這個寫法，僅使用4個bytes中的兩bits來紀錄即可。

## 問題

#include <stdbool.h>
#include <stdio.h>
bool is_one(int i) { return i == 1; }
int main() {
    struct { signed int a : 1; } obj = { .a = 1 };
    puts(is_one(obj.a) ? "one" : "not one");
    return 0;
}

注意到上面的寫法中，程式的輸出不一定是one。因為a是signed int，因此在1 bit下可表示的範圍是`-1 ~ 0`。由於 int 並沒有說是 signed 或 unsigned ，那麼 bit-field 宣告之後究竟該是 signed / unsigned 是由編譯器所決定的。

## zero width bits

struct foo {
    int a : 3;
    int b : 2;
    int c : 3;
};

struct foo {
    int a : 3;
    int b : 2;
    int : 0; /* Force alignment to next boundary */
    int c : 3;
};

比較一下上下兩種寫法，`int : 0`的意思是對 structure 目前的 unit 做 padding，把 bit field 對齊到下一個 unit。因此，上面的結構只需要4 bytes(1個int)，然而下面會用到8 bytes(2個int)。注意到zero-width bit field 必須是未命名。

推薦閱讀這位同學更深入的研究:[zero-width bit field 問題探討 I](https://hackmd.io/@shihtiytw/ByQLhPIwE)