C++使用位域时如何获取位域成员的起始位与结束位编号

首先明确：C++标准不存在内置语法或标准库函数可以直接获取位域的起始/结束比特位。 #

根本原因 #

C++标准中位域的内存布局属于实现定义行为，仅约定了同类型的相邻位域会尽可能打包到同一个地址单元中，但是以下规则完全由编译器决定：

• 位域在地址单元中的排列顺序（大端架构通常从高位开始分配，小端架构通常从低位开始分配）
• 位域之间的填充位规则
• 跨地址单元的位域对齐规则

你问题中假设temp.b从第2位开始仅为特定编译器、特定编译配置下的结果，不是C++标准规定的必然行为。 #

特定场景下的替代实现方案 #

如果你仅在固定编译器、固定编译配置的场景下使用，可以通过自定义宏实现你要的效果，示例实现如下：

// 获取位域起始位（从0计数）
#define BITFIELD_START(struct_type, field) ({  \
    struct_type temp = {0};                    \
    temp.field = (typeof(temp.field))~0;       \
    unsigned char* buf = (unsigned char*)&temp;\
    int bit_cnt = sizeof(temp) * 8;            \
    int start = 0;                             \
    for(; start < bit_cnt; start++) {          \
        if(buf[start/8] & (1 << (start%8))) {  \
            break;                             \
        }                                      \
    }                                          \
    start;                                     \
})

// 获取位域结束位（从0计数）
#define BITFIELD_END(struct_type, field) ({    \
    struct_type temp = {0};                    \
    temp.field = (typeof(temp.field))~0;       \
    unsigned char* buf = (unsigned char*)&temp;\
    int bit_cnt = sizeof(temp) * 8;            \
    int end = bit_cnt - 1;                     \
    for(; end >= 0; end--) {                   \
        if(buf[end/8] & (1 << (end%8))) {      \
            break;                             \
        }                                      \
    }                                          \
    end;                                       \
})

使用示例：

int b_start = BITFIELD_START(struct my_struct, b); // 返回值为2
int b_end = BITFIELD_END(struct my_struct, b); // 返回值为8

注意事项 #

• 上述实现仅适用于当前编译器的布局规则，更换编译器、编译选项或者目标架构后结果可能发生变化，可移植性极差
• 如果你的需求是做序列化、协议解析等场景，建议直接手动通过位掩码、位运算操作对应比特位，不要依赖位域的内存布局

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Waad