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85、【OS】【Nuttx】【番外】gcc 关键字：位域（上）

news 2025/7/30 13:10:46

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背景

接之前 blog
【OS】【Nuttx】【启动】栈溢出保护：asm 关键字（上）
【OS】【Nuttx】【启动】栈溢出保护：asm 关键字（下）
分析了 asm， __asm__ 和 __asm 等关键字的概念和用法，下面最后再补充下 gcc 相关的关键字细节

gcc 关键字

上篇 blog 【OS】【Nuttx】【启动】栈溢出保护：asm 关键字（下）提到了关键字类型 c_common_resword
在这里插入图片描述

这里涉及到了位域的知识点，下面来详细分析下

位域

在 C 语言中，使用位域是一种节省内存空间的技术，比较适合结构体中某些字段只需要少量比特位的情况，比如下面这里，rid : 16 表示 rid 字段占用了 16 个 bit 位，disable : 32 表示 disable 字段占用了 32 个 bit 位

在这里插入图片描述
下面来分析下使用位域这种方法的好处：

节省内存：如果一个字段只需要几个 bit 就能表示（比如状态标志、枚举值等），使用完整的 int 类型会浪费很多内存，而使用位域可以让多个字段共享同一个整数类型的存储空间，比如这里的 rid，如果用完整的 int 类型，4 个字节最大值 2147483647，足足有 21 亿个保留关键字 rid，很明显保留关键字用不了这么多（现在连 1000 个都没有），所以使用位域是比较好的选择

有好处就会有坏处，两个比较明显的：

不能取地址：位域成员不能使用 & 运算符取地址
性能代价：访问位域字段可能比普通字段慢，因为需要进行掩码和移位操作

所以总结一下，如果在意内存使用效率或需要精确控制数据布局（比如编译器，操作系统，嵌入式等场景）的底层基础设施，可以使用位域；否则，在一般应用层编程中可以不用它（因为内存很充足，随便用）

另外要补充的是，使用位域并不会节省下结构体对齐的内存，只是将原有的数据类型给缩小了，而结构体对齐要填充的内存还是会存在的，比如下面这个例子（其实就是 gcc 源码的结构体）

// main.c
#include <stdio.h>enum RidType
{RID_TEST_1 = 0U,RID_TEST_2,
};struct ResWordsType {const const char *const word;enum RidType rid : 16;const unsigned int disable : 32;
};int main(void) {printf("%ld\n", sizeof(struct ResWordsType));return 0;
}

在 x86_64 环境上，指针 word 占 8 个字节，枚举类型 rid 使用位域占 2 个字节，disable 占 4 个字节，所以理论上有效内容总共是 8 + 2 + 4 = 14 字节

在 x86_64 环境上编译，终端输入命令并运行，可以看到实际这个结构体占了 16 个字节
在这里插入图片描述

这里面就涉及到结构体对齐的规则：整个结构体的大小必须是其最大成员对齐要求的倍数，这里结构体 ResWordsType 里最大的成员是 word 指针，占 8 个字节，那么结构体就必须按照 8 字节进行对齐，所以有效内容 14 字节还需向上对齐 2 个字节，到 16 字节

可以看到，位域并不能把结构体对齐要填充的字节省下来，那么，如果这里不用位域呢？还是同样的代码，只不过把位域省掉了

// main.c
#include <stdio.h>enum RidType
{RID_TEST_1 = 0U,RID_TEST_2,
};struct ResWordsType {const const char *const word;enum RidType rid;const unsigned int disable;
};int main(void) {printf("%ld\n", sizeof(struct ResWordsType));return 0;
}