ビットフィールド

はじめに
ビット位置が意識されたデータに対してはビットフィールドは使用しない。
1. NG使用例
2. OK使用例
ビットフィールドは、次の動作がコンパイラによって異なる。
IOポートへのアクセスのように、ビットフィールドを使用する。
まとめ

はじめに

ビットフィールドの動作について処理系によってかなり違うので示します。

ビット位置が意識されたデータに対してはビットフィールドは使用しない。

NG使用例

struct S {
　unsigned int bit1:1;
　unsigned int bit2:1;
};
ext ern struct S * p;
// 例えばpがIOポートを指しているなどビット
// 位置が意味をもつ、すなわち、bit1がデータの
// 最低位ビットを指すか、最高位ビットを指すか
// に意味がある場合は、移植性がない
p-> bit1 = 1; // pが指しているデータのどのビット
// に設定されるかは処理系依存

OK使用例

（2）の適合例
struct S {
　unsigned int bit1:1;
　unsigned int bit2:1;
};
ext ern struct S * p;
// 例えばpは、単なるフラグの集合を指している
// など、pが指すデータ中、bit1がどのビットで
// あってもよい場合は、OK
p->bit1 = 1;

ビットフィールドは、次の動作がコンパイラによって異なる。

（1）符号指定のないint型のビットフィールドが符号付と扱われるかどうか。

フィールド幅がint型より小さい場合、int型に拡張されます。
フィールド幅がint型と等しい場合、unsigned intに拡張されます。
符号付きか符号無しかによって、同じビットパターンでも異なる値として解釈される可能性があります

対策

　このような処理系依存の動作を避けるため、ビットフィールドを使用する際は明示的に符号付き（signed int）または符号無し（unsigned int）を指定することが推奨されます

（2）単位内のビットフィールドの割り付け順序　

単位内のビットフィールドの割り付け順序は処理系定義であり、主に2つの方式があります

１．最下位ビットから最上位ビットへの割り当て

　Microsoft Visual C++では、ビットフィールドは整数内で最下位ビットから最上位ビットへと割り当てられます。例えば、以下のような構造体の場合

struct mybitfields {
　unsigned a : 4;
　unsigned b : 5;
　unsigned c : 7;
} test;

ビットは次のように配置されます：

00000001 11110010
cccccccb bbbbaaaa

２．最上位ビットから最下位ビットへの割り当て

一部の処理系では、ビットフィールドが上位から下位へ向かって配置されることもあります

注意点

ビットフィールドの配置順序は、エンディアンとは別の概念です。例えば、80×86プロセッサは整数値の下位バイトを上位バイトの前に格納しますが、これはビットフィールドの内部配置とは異なります。
ビットフィールドの配置順序によって、構造体全体のサイズが変わる可能性があります。適切な順序で宣言することで、メモリ使用量を最適化できる場合があります。
移植性を考慮する場合、ビットフィールドの配置順序に依存しないコードを書くことが推奨されます以下に、その説明をします。

対策

ビットフィールドの個々のメンバに直接アクセスし、操作する
ビットフィールド全体をポインタ経由で操作することを避ける
ビットフィールドの順序や配置に依存した演算を行わない

適切なコード例

struct bf {
　unsigned int m1 : 8;
　unsigned int m2 : 8;
　unsigned int m3 : 8;
　unsigned int m4 : 8;
};

void function() {
　　struct bf data;
　　data.m1 = 0;
　　data.m2 = 0;
　　data.m3 = 0;
　　data.m4 = 0;
　　data.m1++; // 特定のフィールドを直接操作
}