有符号位字段表示

Question

我做了一个字段大小为1位的字段,而int不是使用unsigned.后来,当我试图检查字段的值时,我发现值为-1.我使用此代码检查二进制represantation和我的位字段的值:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

union {
    struct {
        int bit:1;
    } field;
    int rep;
} n;

int main() {

int c, k;
n.field.bit=1;
 for (c = 31; c >= 0; c--)
  {
    k = n.rep >> c;

    if (k & 1)
      printf("1");
    else
      printf("0");
  }

  printf("\n %d \n", n.field.bit);

return 0;
}

输出为:00000000000000000000000000000001

-1

在那种情况下,为什么我的位字段的值是-1,当我使用signed int而不是unsigned时,它总是一个负数？

Answer 1

你不应该使用plain int作为位域类型,如果你期望有关该值的东西,除了它可以保存n位 - 根据C11标准,它实际上是实现定义的,无论int是在位字段中是有符号还是无符号6.7. 2p5:

5每个以逗号分隔的多重集都指定相同的类型,但对于位字段,它是实现定义的,指定者是int指定相同类型signed int还是相同类型unsigned int.

在您的情况下,int指定相同的类型signed int; 这是GCC中的默认值:

是否将"plain"int位字段视为signed int位字段或无符号int位字段(C90 6.5.2,C90 6.5.2.1,C99和C11 6.7.2,C99和C11 6.7.2.1 ).

默认情况下,它被视为,signed int但可以通过-funsigned-bitfields选项更改.

然后是实现定义有符号数是一个补码还是二进制补码 - 如果它们是一个补码,则可以存储在1位中的唯一值是符号位,因此为0; 所以一位的有符号位字段在一个补码上没有意义.但是,您的系统使用2的补码 - 例如GCC总是使用的:

是否使用符号和幅度,二进制补码或一个补码表示有符号整数类型,以及非常值是陷阱表示还是普通值(C99和C11 6.2.6.2).

GCC仅支持两个补码整数类型,所有位模式都是普通值.

因此比特值1和0用带符号的二进制补码数来解释:前者有符号位设置,所以它是负(-1)而后者没有符号位设置所以它是非负(0).

因此,对于2比特的有符号比特字段,2的补码机器上的可能比特模式及其整数值是

• 00- int值为0
• 01- int价值1
• 10- int值-2
• 11- int 值为-1

在n比特字段中,最小有符号数是-2 ^(n-1),最大值是2 ^(n-1)-1.

现在,当对秩小于的有符号整数操作数执行算术运算时int,它将被转换为int第一个,因此该值-1被符号扩展为全宽int; 同样的情况对于默认参数提升 ; int传入时,该值被符号扩展为(全角)printf.

因此,如果您期望从一位位域获得合理的值,请使用unsigned bit: 1;或者替代,如果这被理解为布尔标志,_Bool bit: 1;