C / C ++: Zorla Bit Alan Sırası ve Hizalama

Bir yapı içindeki bit alanlarının sırasının platforma özgü olduğunu okudum. Derleyiciye özgü farklı paketleme seçenekleri kullanırsam, bu garanti verileri yazıldıkları sırada doğru sırada depolanır mı? Örneğin:

struct Message
{
  unsigned int version : 3;
  unsigned int type : 1;
  unsigned int id : 5;
  unsigned int data : 6;
} __attribute__ ((__packed__));

GCC derleyicili bir Intel işlemcide alanlar, gösterildiği gibi bellekte düzenlenmiştir. Message.versiontampondaki ilk 3 bitti ve Message.typebunu izledi. Çeşitli derleyiciler için eşdeğer yapı paketleme seçenekleri bulursam, bu çapraz platform olacak mı?

Hayır, tamamen taşınabilir olmayacak. Yapılar için paketleme seçenekleri uzantılardır ve kendileri tamamen taşınabilir değildir. Buna ek olarak, C99 §6.7.2.1, paragraf 10 şöyle der: "Bir birim içindeki bit alanlarının tahsisi sırası (yüksek sıradan düşük sıraya veya düşük sıradan yüksek sıraya) uygulama tanımlıdır."

Örneğin tek bir derleyici bile, hedef platformun sonluluğuna bağlı olarak bit alanını farklı şekilde yerleştirebilir.

Üzgünüz, bit alanları derleyiciden derleyiciye değişir.

GCC ile, büyük endian makineleri önce büyük uçları yerleştirir ve küçük endian makineleri önce küçük uçları yerleştirir.

K&R, "Yapıların bitişik [bit-] alanı üyeleri, uygulamaya bağlı bir yönde uygulamaya bağlı depolama birimlerine paketlenir. Başka bir alanı takip eden bir alan uymadığında ... birimler arasında bölünebilir veya birim olabilir dolgulu. Genişliği 0 olan adlandırılmamış bir alan bu dolguyu zorlar ... "

Bu nedenle, makineden bağımsız ikili düzene ihtiyacınız varsa, bunu kendiniz yapmalısınız.

Bu son ifade, doldurma nedeniyle bit olmayan alanlar için de geçerlidir - ancak GCC için zaten keşfetmiş olduğunuzu gördüğüm gibi, tüm derleyiciler bir yapının bayt paketlemesini zorlamanın bir yolunu bulmuş gibi görünüyor.

Bitfield'lardan kaçınılmalıdır - aynı platform için bile derleyiciler arasında çok taşınabilir değildirler. C99 standardı 6.7.2.1/10 - "Yapı ve birleşim belirleyicileri" (C90 standardında benzer ifadeler vardır):

Bir uygulama, bir bit alanını tutmaya yetecek büyüklükte herhangi bir adreslenebilir depolama birimini tahsis edebilir. Yeterli alan kalırsa, bir yapıdaki başka bir bit alanını hemen takip eden bir bit alanı, aynı birimin bitişik bitlerine paketlenecektir. Yetersiz alan kalırsa, uymayan bir bit alanının sonraki birime mi konulacağı veya bitişik birimlerle örtüşüp örtüşmediği uygulama tanımlıdır. Bir birimdeki bit alanlarının tahsis sırası (yüksek sıradan düşük sıraya veya düşük sıradan yüksek sıraya) uygulama tanımlıdır. Adreslenebilir depolama biriminin hizalanması belirtilmedi.

Bir bit alanının bir int sınırını 'kapsayıp kapsamayacağını' garanti edemezsiniz ve bir bit alanının int'in alt ucunda mı yoksa int'in üst ucunda mı başlayacağını belirleyemezsiniz (bu, işlemcinin big-endian veya little-endian).

Bit maskelerini tercih edin. Bitleri ayarlamak, temizlemek ve test etmek için satır içi (hatta makrolar) kullanın.

endianness bit emirlerinden değil bayt sıralarından bahsediyor. Günümüzde bit siparişlerinin sabitlendiğinden% 99 emin. Bununla birlikte, bit alanlarını kullanırken, endianness hesaba katılmalıdır. Aşağıdaki örneğe bakın.

#include <stdio.h>

typedef struct tagT{

    int a:4;
    int b:4;
    int c:8;
    int d:16;
}T;


int main()
{
    char data[]={0x12,0x34,0x56,0x78};
    T *t = (T*)data;
    printf("a =0x%x\n" ,t->a);
    printf("b =0x%x\n" ,t->b);
    printf("c =0x%x\n" ,t->c);
    printf("d =0x%x\n" ,t->d);

    return 0;
}

//- big endian :  mips24k-linux-gcc (GCC) 4.2.3 - big endian
a =0x1
b =0x2
c =0x34
d =0x5678
 1   2   3   4   5   6   7   8
\_/ \_/ \_____/ \_____________/
 a   b     c           d

// - little endian : gcc (Ubuntu 4.3.2-1ubuntu11) 4.3.2
a =0x2
b =0x1
c =0x34
d =0x7856
 7   8   5   6   3   4   1   2
\_____________/ \_____/ \_/ \_/
       d           c     b   a

Muhtemelen çoğu zaman, ama çiftlikte bahse girmeyin, çünkü yanılıyorsanız, büyük kaybedersiniz.

Gerçekten, gerçekten aynı ikili bilgiye ihtiyacınız varsa, bit maskeleri ile bit alanları oluşturmanız gerekir - örneğin, Mesaj için işaretsiz bir kısa (16 bit) kullanırsınız ve ardından en üstteki üç biti temsil etmek için versionMask = 0xE000 gibi şeyler yaparsınız.

Yapılar içinde hizalamayla ilgili benzer bir sorun var. Örneğin, Sparc, PowerPC ve 680x0 CPU'ların tümü büyüktür ve Sparc ve PowerPC derleyicileri için ortak varsayılan, yapı üyelerini 4 baytlık sınırlarda hizalamaktır. Ancak, 680x0 için kullandığım bir derleyici yalnızca 2 baytlık sınırlarla hizalandı - ve hizalamayı değiştirme seçeneği yoktu!

Dolayısıyla, bazı yapılar için Sparc ve PowerPC'deki boyutlar aynıdır, ancak 680x0'da daha küçüktür ve bazı üyeler yapı içinde farklı bellek uzaklıklarındadır.

Bu, üzerinde çalıştığım bir projeyle ilgili bir sorundu, çünkü Sparc üzerinde çalışan bir sunucu işlemi bir istemciyi sorgulayıp onun büyük bir endian olduğunu anlar ve ağdaki ikili yapıları fışkırtarak istemcinin başa çıkabileceğini varsayardı. Ve bu, PowerPC istemcilerinde iyi çalıştı ve 680x0 istemcilerde büyük ölçüde çöktü. Kodu ben yazmadım ve sorunu bulmam epey zaman aldı. Ama bir kez yaptıktan sonra düzeltmek kolaydı.

Çok yararlı yorumunuz için teşekkürler @BenVoigt

Hayır, hafızadan tasarruf etmek için yaratıldılar.

Linux kaynağı , harici bir yapıyla eşleştirmek için bir bit alanı kullanır: /usr/include/linux/ip.h , bir IP datagramının ilk baytı için bu koda sahiptir

struct iphdr {
#if defined(__LITTLE_ENDIAN_BITFIELD)
        __u8    ihl:4,
                version:4;
#elif defined (__BIG_ENDIAN_BITFIELD)
        __u8    version:4,
                ihl:4;
#else
#error  "Please fix <asm/byteorder.h>"
#endif

Ancak yorumunuzun ışığında, bunu multi-byte bit alanı frag_off için çalıştırmaya çalışmaktan vazgeçiyorum .

Elbette en iyi cevap, bit alanlarını akış olarak okuyan / yazan bir sınıf kullanmaktır. C bit alan yapısının kullanılması garanti edilmez. Bunu gerçek dünya kodlamasında kullanmanın amatörce / tembel / aptalca kabul edildiğinden bahsetmiyorum bile.