为什么位字段的类型会影响包含结构的大小？

首先，这是ISO C标准关于位字段的内容，引用了2011 ISO C标准的第_2736308_条草案，第6.7.2.1节：

位字段的类型应为_Bool，signed int，unsigned int或其他实现定义类型的限定或非限定版本 . 它是实现定义的，是否允许原子类型 .

...

位字段被解释为具有由指定位数组成的有符号或无符号整数类型 . 如果将值0或1存储到_Bool类型的非零宽度位字段中，则位字段的值应等于存储的值; _Bool位字段具有_Bool的语义 . 实现可以分配足够大的任何可寻址存储单元来保持位字段 . 如果剩余足够的空间，则紧跟在结构中的另一个位字段之后的位字段将被打包到相同单元的相邻位中 . 如果剩余的空间不足，则是否将不适合的位域放入下一个单元或重叠相邻单元是实现定义的 . 单元内的位域分配顺序（高阶到低阶或低阶到高阶）是实现定义的 . 未指定可寻址存储单元的对齐 .

对于任何 struct 类型，类型的对齐方式至少是该类型的任何成员的最大对齐方式，并且任何类型的大小都是其对齐方式的倍数 . 例如，如果结构包含（非位域） int 成员，并且 int 需要4字节对齐，则结构本身需要4字节对齐或更多 .

许多编译器允许除 _Bool 和 int 类型之外的整数类型的位字段 .

对于至少一些编译器，包含位字段的 struct 的对齐至少是声明的位字段类型的对齐 . 例如，对于x86_64上的gcc 4.7.2，给出：

struct sb {
    _Bool bf:1;
};
struct si {
    unsigned bf:1;
};

gcc给出了 struct sb 大小和1个字节的对齐方式（这是 _Bool 的大小和对齐方式）， struct si 大小和4个字节的对齐方式（这是 int 的大小和对齐方式） . 它对实现定义类型的位字段做了同样的事情;定义为 long long bf:1; 的位字段强制为封闭结构的8字节大小和对齐 . 即使在两种情况下，位字段 bf 都是宽度仅为1位的对象，也可以完成此操作 .

我在SPARC / Solaris 9上看到了与Sun编译器类似的行为 .

实验表明，定义为 _Bool 或 unsigned 的多个位字段可以打包到单个字节内的相邻位（实际上是必需的），因此位字段本身没有严格的对齐要求 .

我理解结构成员的布局主要是实现定义的，我不相信gcc的行为违反了C标准 .

所以我的问题（最后！）是，为什么gcc（以及至少一个不相关的C编译器，可能还有更多）这样做？ gcc的作者是否认为声明的位字段类型必须影响包含结构的大小和对齐？它们在这个假设中是否正确？我错过了C标准本身的要求吗？

这里's a test program that exhibits the behavior. If you want to run it on your system, you might need to comment out parts of it, if you'使用一个不允许某些类型的位字段的旧编译器 . 我有兴趣知道是否有编译器不像gcc那样表现 .

#include <stdio.h>
#include <limits.h>
#include <stdint.h>
int main(void) {
    struct sb  { _Bool    bf:1; };
    struct s8  { uint8_t  bf:1; };
    struct s16 { uint16_t bf:1; };
    struct s32 { uint32_t bf:1; };
    struct s64 { uint64_t bf:1; };
    printf("sizeof (struct sb)  = %2zu (%2zu bits)\n",
           sizeof (struct sb),
           sizeof (struct sb)  * CHAR_BIT);
    printf("sizeof (struct s8)  = %2zu (%2zu bits)\n",
           sizeof (struct s8),
           sizeof (struct s8)  * CHAR_BIT);
    printf("sizeof (struct s16) = %2zu (%2zu bits)\n",
           sizeof (struct s16),
           sizeof (struct s16) * CHAR_BIT);
    printf("sizeof (struct s32) = %2zu (%2zu bits)\n",
           sizeof (struct s32),
           sizeof (struct s32) * CHAR_BIT);
    printf("sizeof (struct s64) = %2zu (%2zu bits)\n",
           sizeof (struct s64),
           sizeof (struct s64) * CHAR_BIT);
    return 0;
}

这是我在我的系统上得到的输出：

sizeof (struct sb)  =  1 ( 8 bits)
sizeof (struct s8)  =  1 ( 8 bits)
sizeof (struct s16) =  2 (16 bits)
sizeof (struct s32) =  4 (32 bits)
sizeof (struct s64) =  8 (64 bits)