C语言中位字段与联合体的大小疑问及字节压缩需求

先直接拆解你的两个问题，再给出压缩到8字节的方案：

1. 为什么结构体data_s的大小是10字节？ #

问题出在位字段的底层类型上：

• 你定义uint64_t msg:48时，编译器会为这个位字段分配一个8字节（64位）的存储单元——因为位字段的存储单元大小由其底层类型决定，而非实际使用的位数。
• 接下来的uint16_t crc:12，底层类型是uint16_t，编译器会再分配一个2字节（16位）的存储单元来存放这12位。
• 最后的int:0是强制结束当前存储单元的布局，但这里已经用了两个独立的单元（8+2）。#pragma pack(push,1)和__attribute__((packed))只能消除结构体成员之间的填充字节，无法改变位字段底层类型带来的存储单元分配规则。所以总大小就是8+2=10字节。

2. 为什么联合体data_t的大小是16字节？ #

联合体的大小是其最大成员的大小，再向上对齐到当前平台下最大基本类型的对齐要求：

• 你的联合体成员中，data_s是10字节，uint64_t是8字节，最大成员是10字节。
• 在大多数平台上，uint64_t的对齐要求是8字节（即变量地址必须是8的倍数）。10字节需要向上对齐到最近的8的倍数，也就是16字节——这样才能保证联合体中的uint64_t成员始终处于对齐的地址上，避免未对齐访问的问题。

如何将位压缩到8字节中？ #

核心思路是让所有位字段共享同一个底层类型，这样编译器会把它们打包进同一个存储单元里。修改你的结构体定义，把所有位字段的底层类型统一为uint64_t：

#pragma pack(push, 1)
typedef struct __attribute__((packed)){
    uint64_t msg: 48;   // 底层类型统一为uint64_t
    uint64_t crc: 12;   // 同上
    uint64_t : 4;       // 可选：用匿名位字段填充剩下的4位，也可以省略
} data_s;
#pragma pack(pop)
typedef union {
    uint64_t tot;
    data_s split;
} data_t;

修改后再运行，你会得到输出：Sizes are: union:8,struct:8,uint64_t:8。因为所有位字段都被放在同一个8字节的uint64_t单元里，结构体大小就是8字节；联合体的最大成员是8字节，对齐后还是8字节，完美符合你的需求。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Prateek Dhanuka