在 C++ 结构体中打包位字段时遇到困难

Question

我试图制作一种更好的类型来处理发送到 LED 驱动器 IC 的打包数据。格式看起来像这样。它显示两种可能的格式，具体取决于

Address

位的值。请注意，MSB 显示在右侧，而不是左侧，并且应该是移入 IC 的第一位：

我尝试编写一个联合类型来解决这个问题，但它不断扩展到 5 个字节。所以我决定尝试写这个：

struct Color {
    uint8_t     ignore  :   1;
    uint8_t     address :   1;
    uint16_t    red     :   10;
    uint16_t    green   :   10;
    uint16_t    blue    :   10;

    Color()
        :
        ignore(0),
        address(0),
        red(0),
        green(0),
        blue(0)
    {
    }
} __attribute__((packed));

从结构体的开头按顺序转储字节（在 M1 MacBook Pro 上，用 Clang 编译，所以是小端）给我：

Color c;
c.ignore = 1;
dump(&c, sizeof(c));

01 00 00 00 

我期待

80 00 00 00

。如果我将

address

和

ignore

放在结构体的末尾，我会得到

00 00 00 80

，这也是意料之外的。

是否可以编写这样的类型，使所有位都按照预期的顺序打包到 4 个字节中？我意识到在分配给

uint16_t

值时也可能存在字节序问题，但我认为我可以处理这个问题。

Answer 1

为此，您不应该使用位字段，而应该使用位移位和位屏蔽。遗憾的是，位字段因编译器而异，您不能依赖正确的字节顺序。

如 C99 标准 6.7.2.1:10 所述：

实现可以分配任何足够大的可寻址存储单元来容纳位字段。如果还有足够的空间，则紧接着另一个位字段的位字段 结构应打包到同一单元的相邻位中。如果剩余空间不足， 不适合的位域是否被放入下一个单元或与相邻单元重叠 实现定义的。单元内位域的分配顺序（高位到 低阶或低阶到高阶）是实现定义的。的对齐方式 可寻址存储单元未指定。