用并集和位字段表示寄存器时出现问题 我在C++中编写了一个NES仿真器，我用一个位字段来登记一个问题来表示一个寄存器，这引起了一个非常讨厌的错误。我将内部地址寄存器表示为： union { struct { uint16_t coarseX : 5; // bit field type is uint16_t, same as reg type uint16_t coarseY : 5; uint16_t baseNametableAddressX : 1; uint16_t baseNametableAddressY : 1; uint16_t fineY : 3; uint16_t unused : 1; } bits; uint16_t reg; } addressT, addressV; // temporary VRAM adddress register and VRAM address register union { struct { uint8_t coarseX : 5; // bit field type is uint8_t, reg type is uint16_t uint8_t coarseY : 5; uint8_t baseNametableAddressX : 1; uint8_t baseNametableAddressY : 1; uint8_t fineY : 3; uint8_t unused : 1; } bits; uint16_t reg; } addressT, addressV; // temporary VRAM adddress register and VRAM address register

因此，我可以访问单个位字段，以及整个寄存器

最初，我将登记簿写为：

union
    {
        struct
        {
            uint16_t coarseX : 5;            // bit field type is uint16_t, same as reg type
            uint16_t coarseY : 5;
            uint16_t baseNametableAddressX : 1;
            uint16_t baseNametableAddressY : 1;
            uint16_t fineY : 3;
            uint16_t unused : 1;
        } bits;
        uint16_t reg;
    } addressT, addressV;   // temporary VRAM adddress register and VRAM address register

union
    {
        struct
        {
            uint8_t coarseX : 5;             // bit field type is uint8_t, reg type is uint16_t
            uint8_t coarseY : 5;
            uint8_t baseNametableAddressX : 1;
            uint8_t baseNametableAddressY : 1;
            uint8_t fineY : 3;
            uint8_t unused : 1;
        } bits;
        uint16_t reg;
    } addressT, addressV;   // temporary VRAM adddress register and VRAM address register

该错误是由位字段行为引起的，当位字段的类型（例如，ROSSERX）与寄存器reg的类型不同时。 在这种情况下，当我增加一个字段（即Groassex++）时，reg成员被错误地更新，这意味着reg中的位模式没有反映由位字段或位字段表示的模式，因为我在结构中对它们进行了布局。 我知道编译器可以在分配单元中打包位字段，甚至可以插入填充，但是为什么当我更改位字段的类型时，行为会发生变化

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有人能解释一下原因吗？

用于位字段的类型是用于内部存储的类型。实际布局完全由实现定义。我假设编译器在“坏”示例中将位字段打包到存储单元uint8\t中，但不允许它们跨越存储单元边界。比如：

    uint8_t coarseX : 5;
// 3 bits remain (out of 8), not enough for coarseY. So these become padding,
// and next storage unit starts here
    uint8_t coarseY : 5;
    uint8_t baseNametableAddressX : 1;
    uint8_t baseNametableAddressY : 1;
// 1 bit remain. Again, too little.
    uint8_t fineY : 3;
    uint8_t unused : 1;

在“好”示例中，16位对于所有位字段都足够了，因此编译器可以按照您需要的方式对它们进行打包。有关更多信息，请参阅

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还记得C++中的非活动联盟成员是UB。因此，最好使用一个uint16_t字段和访问器，这些字段和访问器不会阻止类型为POD/triple/standard layout。

用于位字段的类型是用于内部存储的类型。实际布局完全由实现定义。我假设编译器在“坏”示例中将位字段打包到存储单元uint8\t中，但不允许它们跨越存储单元边界。比如：

    uint8_t coarseX : 5;
// 3 bits remain (out of 8), not enough for coarseY. So these become padding,
// and next storage unit starts here
    uint8_t coarseY : 5;
    uint8_t baseNametableAddressX : 1;
    uint8_t baseNametableAddressY : 1;
// 1 bit remain. Again, too little.
    uint8_t fineY : 3;
    uint8_t unused : 1;

在“好”示例中，16位对于所有位字段都足够了，因此编译器可以按照您需要的方式对它们进行打包。有关更多信息，请参阅

还记得C++中的非活动联盟成员是UB。因此，最好使用一个uint16_t字段和访问器，这些字段和访问器不会阻止类型为POD/普通/标准布局。

您自己说过：

我知道编译器可以在分配单元中打包位字段，甚至可以插入填充

这正是正在发生的事情

uint8\u t中有8位。结构中的前两个字段，即roarsex和roarsey，每个字段有5位，无法在内存中的单个字节内连续填充。编译器将粗X存储在第一个字节中，然后必须将粗Y推送到内存中的第二个字节，在粗X和粗Y之间的内存中保留3个未使用的位，以偏移寄存器中的值

接下来的3个字段，粗略、baseNametableAddressX和baseNametableAddressY，总共7位，因此它们适合于第2个字节

但该字节不能保存fineY和unused字段，因此它们被推送到内存中的第三个字节，在baseNametableAddressY和fineY之间的内存中留下1个未使用的位，用于偏移寄存器中的值。寄存器无法访问第三个字节

因此，实际上，您的结构最终会像这样声明：

协会 { 结构 { //字节1 uint8_t粗x:5； uint8_t填充1:3； //字节2 uint8粗度：5； uint8_t baseNametableAddressX:1； uint8_t baseNametableAddressY:1； uint8_t填充2:1； //字节3！ uint8精细度：3； 未使用的单元：1； uint8_t填充3:4； }比特； 结构{ uint16\u t reg；//你自己说过：

我知道编译器可以在分配单元中打包位字段，甚至可以插入填充

这正是正在发生的事情

uint8_t中有8位。结构中的前两个字段，即粗X和粗Y，每个字段有5位，不能连续地放入内存中的单个字节中。编译器将粗X存储在第一个字节中，然后必须将粗Y推到内存中的第二个字节，在粗X和粗Y之间的内存中留下3个未使用的位，以偏移内存中的值登记册

接下来的3个字段，粗略、baseNametableAddressX和baseNametableAddressY，总共7位，因此它们适合于第2个字节

但是该字节不能保存fineY和unused字段，因此它们被推到内存中的第三个字节，在baseNametableAddressY和fineY之间的内存中留下1个未使用的位，用于偏移寄存器中的值。并且寄存器无法访问该第三个字节

因此，实际上，您的结构最终会像这样声明：

协会 { 结构 { //字节1 uint8_t粗x:5； uint8_t填充1:3； // 字节2 uint8粗度：5； uint8_t baseNametableAddressX:1； uint8_t baseNametableAddressY:1； uint8_t填充2:1； //字节3！ uint8精细度：3； 未使用的单元：1； uint8_t填充3:4； }比特； 结构{

---

uint16_t reg；//因此，对于将来，我建议不要使用位字段，而是写访问器，并使用位移位和位掩码。位字段填充取决于实现。您使用的编译器、编译器版本和编译器选项是什么？因此，对于将来，我建议不要使用位字段，而是写访问器，并使用位移位和位掩码。位字段添加取决于实现。您使用的编译器、编译器版本和编译器选项是什么？因此，概括一下，如果我使用uint8，分配单元是一个字节，并且由于实现不允许跨字节，它会插入填充。如果我使用uint16，分配单元可能是16位宽的无符号短，并且因为位字段是d在不跨越字节边界的情况下，它们被打包在一起。这就是Visual C++在我的情况下所做的，但是它可以从另一个实现中改变。我是正确的吗？如果我为每个位字段使用不同的数据类型，那会怎么样？@卢卡：是的，当你跨越分配单元之间的边界时，无论它们的大小是什么，都会得到填充。因此，如果我使用UIT88T，分配单元是一个字节，因为实现不允许跨字节之间插入填充。如果使用UTIN 16t，分配单元可能是16位宽的无符号短，并且由于位域不跨越字节边界，所以它们被打包到THOHTEL。这就是Visual C++在我的情况下所做的，但是我t可以从另一个实现中更改。我说得对吗？如果我对每个位字段使用不同的数据类型呢？@Luca是的，每当你跨越分配单元之间的边界时，不管它们的大小，你都会插入填充。