位成员顺序相反?

Question

我有以下代码：

#include <iostream>
#include <bitset>
#pragma pack(1)
typedef uint8_t flag_t;
typedef struct flag_struct_t {
flag_t f1:1;
flag_t f2:2;
flag_t f3:2;
flag_t f4:2;
flag_t f5:1;
} flag_struct_t;

int main() {
const uint8_t flagValue = 96;
std::bitset<8> mybits(flagValue);
const flag_struct_t flag = *reinterpret_cast<const flag_struct_t*>(&flagValue);
std::cout << "f2 = " << (uint16_t)flag.f2 << std::endl;
std::cout << "f3 = " << (uint16_t)flag.f3 << std::endl;
std::cout << "f4 = " << (uint16_t)flag.f4 << std::endl;
std::cout << "bitset = " << mybits << std::endl;
std::cout << "size of flag_struct_t = " << sizeof(flag_struct_t) << std::endl;
}
#pragma pack()

输出为：

$ ./mybitset 
f2 = 0
f3 = 0
f4 = 3
bitset = 01100000
size of flag_struct_t = 1

似乎结构成员的顺序已从f1, f2, f3, f4颠倒到f4, f3, f2, f1。

为什么？

如果重要的话，我正在使用GCC 8。

谢谢！

Answer 1

首先，由于通过reinterpret_cast的类型双关语，您的程序具有未定义的行为。其次，位域的布局是实现定义的 ([class.bit]/1)，因此无法保证如何开始分配位域的成员。但是，现在让我们假设编译器会非常好，并实际上将其转换为执行您期望的操作的代码。

十进制 96 的二进制表示形式是 01100000。请注意，数字通常是从右到左书写的(大概是由于它们的阿拉伯语起源)。例如，十进制数 123 中的"第一个数字"(最低有效数字)将是 3，而不是 1。二进制也不例外。因此，如果我们假设编译器按照声明的顺序打包位字段的成员，从第一位开始，那么布局应如下所示

Bit  7  6  5  4  3  2  1  0  
f5 f4 f4 f3 f3 f2 f2 f1

或者，对于示例中使用的特定值

Bit  7  6  5  4  3  2  1  0  
0  1  1  0  0  0  0  0

这正是你所看到的，如果我没记错的话......

Answer 2

const flag_struct_t flag = *reinterpret_cast<const flag_struct_t*>(&flagValue);

这种重新解释具有未定义的行为。

似乎结构成员的顺序已从f1, f2, f3, f4颠倒到f4, f3, f2, f1。

为什么你期望订单是一个而不是另一个？位字段成员的顺序由实现定义。

GCC 将位字段从"第一个位"开始，即小端序系统中的最低阶位和大端系统中的高阶位：https://gcc.gnu.org/ml/gcc/2004-09/msg00581.html