位域

有些信息在存储时，并不需要占用一个完整的字节，而只需占几个或一个二进制位。例如在存放一个开关量时，只有 0 和 1 两种状态，用 1 位二进位即可。为了节省存储空间，并使处理简便，C 语言又提供了一种数据结构，称为"位域"或"位段"。

所谓"位域"是把一个字节中的二进位划分为几个不同的区域，并说明每个区域的位数。每个域有一个域名，允许在程序中按域名进行操作。这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示。

典型的实例：

• 用 1 位二进位存放一个开关量时，只有 0 和 1 两种状态。
• 读取外部文件格式——可以读取非标准的文件格式。例如：9 位的整数。

位域的定义和位域变量的说明

位域定义与结构定义相仿，其形式为：

struct 位域结构名 
{

 位域列表

};

其中位域列表的形式为：

类型说明符 位域名: 位域长度 

例如：

struct bs { int a : 8 ; int b : 2 ; int c : 6 ; } data ;

说明 data 为 bs 变量，共占两个字节。其中位域 a 占 8 位，位域 b 占 2 位，位域 c 占 6 位。

让我们再来看一个实例：

struct packed_struct { unsigned int f1 : 1 ; unsigned int f2 : 1 ; unsigned int f3 : 1 ; unsigned int f4 : 1 ; unsigned int type : 4 ; unsigned int my_int : 9 ; } pack ;

在这里，packed_struct 包含了 6 个成员：四个 1 位的标识符 f1..f4、一个 4 位的 type 和一个 9 位的 my_int。

对于位域的定义尚有以下几点说明：

• 一个位域必须存储在同一个字节中，不能跨两个字节。如一个字节所剩空间不够存放另一位域时，应从下一单元起存放该位域。也可以有意使某位域从下一单元开始。例如：

  struct bs { unsigned a : 4 ; unsigned : 4 ; /* 空域 */ unsigned b : 4 ; /* 从下一单元开始存放 */ unsigned c : 4 }

  在这个位域定义中，a 占第一字节的 4 位，后 4 位填 0 表示不使用，b 从第二字节开始，占用 4 位，c 占用 4 位。

• 由于位域不允许跨两个字节，因此位域的长度不能大于一个字节的长度，也就是说不能超过8位二进位。如果最大长度大于计算机的整数字长，一些编译器可能会允许域的内存重叠，另外一些编译器可能会把大于一个域的部分存储在下一个字中。

• 位域可以是无名位域，这时它只用来作填充或调整位置。无名的位域是不能使用的。例如：

  struct k { int a : 1 ; int : 2 ; /* 该 2 位不能使用 */ int b : 3 ; int c : 2 ; } ;

从以上分析可以看出，位域在本质上就是一种结构类型，不过其成员是按二进位分配的。

位域的使用

位域的使用和结构成员的使用相同，其一般形式为：

位域变量名.位域名
位域变量名->位域名

位域允许用各种格式输出。

请看下面的实例：

实例

main ( ) { struct bs { unsigned a : 1 ; unsigned b : 3 ; unsigned c : 4 ; } bit ,* pbit ; bit . a = 1 ; /* 给位域赋值（应注意赋值不能超过该位域的允许范围） */ bit . b = 7 ; /* 给位域赋值（应注意赋值不能超过该位域的允许范围） */ bit . c = 15 ; /* 给位域赋值（应注意赋值不能超过该位域的允许范围） */ printf ( " %d,%d,%d \ n " , bit . a , bit . b , bit . c ) ; /* 以整型量格式输出三个域的内容 */ pbit =& bit ; /* 把位域变量 bit 的地址送给指针变量 pbit */ pbit -> a = 0 ; /* 用指针方式给位域 a 重新赋值，赋为 0 */ pbit -> b &= 3 ; /* 使用了复合的位运算符 "&="，相当于：pbit->b=pbit->b&3，位域 b 中原有值为 7，与 3 作按位与运算的结果为 3（111&011=011，十进制值为 3） */ pbit -> c |= 1 ; /* 使用了复合位运算符"|="，相当于：pbit->c=pbit->c|1，其结果为 15 */ printf ( " %d,%d,%d \ n " , pbit -> a , pbit -> b , pbit -> c ) ; /* 用指针方式输出了这三个域的值 */ }

上例程序中定义了位域结构 bs，三个位域为 a、b、c。说明了 bs 类型的变量 bit 和指向 bs 类型的指针变量 pbit。这表示位域也是可以使用指针的。