Risposta

I bit field (bit fields) in C sono membri di una struttura che occupano un numero definito di bit invece delle dimensioni standard del tipo. Consentono di risparmiare memoria, specialmente per memorizzare flag e insiemi di stati compatti.

Dichiarazione:

struct Flags {
    unsigned int enable : 1;
    unsigned int mode   : 2;
    unsigned int code   : 5;
};

In questo esempio, la struttura occupa almeno 8 bit, anziché 3 * sizeof(unsigned int).

Dove applicarli:

• Protocolli, quando è importante risparmiare spazio (ad esempio, adattamento a un registro hardware)
• Memorizzazione di dati compressi, flag, stati

Limitazioni e punti critici:

• Dipendenza rigorosa della disposizione dalla specificità del compilatore e dalla architettura CPU (offset e allineamento non standardizzati)
• Non è possibile prendere l'indirizzo di un bit field
• Non è possibile creare array di bit field direttamente
• Operazioni di lettura/scrittura vengono spesso convertite al tipo di contenitore, il che influisce sulla portabilità

Esempio:

struct Packet {
    unsigned char start : 1;
    unsigned char id    : 3;
    unsigned char flag  : 4;
};

Domanda insidiosa

Domanda: È possibile utilizzare il tipo char o signed int per i bit field?

Risposta: Lo standard C consente di utilizzare int, unsigned int e (attraverso estensioni dei compilatori) altri tipi interi standard (char, short). Tuttavia, la portabilità è garantita solo per int e unsigned int.

Esempio di errore:

struct Example {
    signed char a : 3;
};
// Su diversi compilatori/architetture ci sono diverse regole di memorizzazione del segno e ordine dei bit.

Esempi di errori reali a causa della mancanza di conoscenza delle sottigliezze dell'argomento

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Storia

Durante l'integrazione del software su ARM e x86 si è scoperto che una struttura con bit field veniva decompattata in modo diverso: diverso ordine dei bit e allineamento. È stata progettata senza tenere conto di queste differenze, portando all'impossibilità di leggere i dati in un ambiente multipiattaforma.

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Storia

Nel sistema di controllo dei controller del motore, nel bit field della struttura è stato erroneamente utilizzato il tipo char. Su alcuni processori ARM questo comportava un'imprecisa estensione del segno, che portava a un'elaborazione errata dei flag.

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Storia

In un protocollo di rete sono stati utilizzati bit field per imballare i flag del messaggio; non si è tenuto conto del fatto che i campi più significativi non inizializzati rimangono sporchi. Durante la trasmissione tra dispositivi si sono verificati errori casuali di stato a causa delle differenze nell'inizializzazione.