位段

位段

知识点概要：

• 什么是位段
• 位段的内存分配
• 位段的跨平台问题
• 总结

什么是位段

位段的声明和结构是类似的，有两个不同：

1. 位段的成员必须是 int 、unsigned int、signed int 。
2. 位段的成员名后面有一个冒号和数字。（这个数字用来限定这个成员所占内存的bit位）

例1：

struct S1
{
    int _a : 2;
    int _b : 5;
    int _c : 10;
    int _d : 30;
};
printf("%d\n", sizeof(S1)); // 8

解析：

_a 占了2位，_b占了5位，_c占了10位，加起来用了17位，剩余15位，不够存放_d的30位，所以重新开辟一个的int型（32位），并从起始位置开始存放_d。如下图所示：

所以，该位段的大小为 2int = 8字节

位段的内存分配

1. 位段的成员可以是 int、unsigned int、signed int 或者是 char (属于整型家族)类型。
2. 位段的空间上是按照需要以4个字节（int）或者1个字节（char）的方式来开辟的。
3. 位段涉及很多不确定因素，位段是不跨平台的，注重可移植的程序应该避免使用位段。

例2：

struct S2
{
    char a : 3;
    char b : 4;
    char c : 5;
    char d : 4;
};
int main()
{
    struct S2 s2;
    printf("%d\n", sizeof(s2)); // 3
    s2.a = 1;
    s2.b = 2;
    s2.c = 3;
    s2.d = 4;
    return 0;
}

解析：

a占了3位，b占了4位，加起来占了7位，剩余1位不够存放c，所以再开辟一块char型空间（8bit）并从起始位置来存放c，c占了5位，剩余3位不够存放d，所以还得再开辟一块char型空间（8bit）并从起始位置来存放d。如下图所示：

所以，位段的大小为 3char = 3字节。
通过对其各个成员赋值，看它的内存分配如下图：

a和b占用第一个字节；c占用第二个字节；d占用第三个字节。

例3：不同类型

typedef struct S3
{
    unsigned char b : 1;
    unsigned int a : 1;
    unsigned int c : 1;
    unsigned int d : 2;
    unsigned int e : 2;
}S3;

int main()
{
    S3 s3;
    printf("%d\n", sizeof(s3)); // 8
    s3.b = 1;
    s3.a = 1;
    s3.c = 1;
    s3.d = 1;
    s3.e = 1;
    return 0;
}

解析：

char b 占了一个一个字节的1bit，接下来存放int a，但为了内存对齐，要向后偏移3个字节，再开辟了一个int 型空间（32bit），a占了1位，c占了1位，d占了2位，e占了2位。如下图所示：

所以，该位段的大小为 1+3+4=8字节
通过对其各个成员变量赋值，看它的内存分配如下图：

b占用第一个字节，a、c、d、e占用第5、6、7、8个字节

例4：例3的变形

typedef struct S4
{
    unsigned int a : 1;
    unsigned char b : 1;
    unsigned int c : 1;
    unsigned int d : 2;
    unsigned int e : 2;
}S4;

int main()
{
    S4 s4;
    printf("%d\n", sizeof(s4));
    s4.a = 1;
    s4.b = 1;
    s4.c = 1;
    s4.d = 1;
    s4.e = 1;
    return 0;
}

解析：

int a 占了1bit，由于第二个类型为char型，所以得再开辟一个char型空间（8bit）来存放char b，接下来存放int c，但为了内存对齐，要向后偏移3个字节，再开辟了一个int 型空间（32bit），c占了1位，d占了2位，e占了2位。如下图所示：

所以，该位段的大小为 int + char +偏移的3字节 + int =4+1+3+4=12字节
通过对其各个成员变量赋值，看它的内存分配如下图：

a占用了前4个字节，b占用了第5个字节，c、d、e占用了第6、7、8个字节。

位段的跨平台问题

1. int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。（只有被当成无符号数时，结果才是正确的）
2. 位段中最大位的数目不能确定。（16位机器最大16位，32位机器最大32位）
3. 位段中的成员在内存中从左向右分配，还是从右向左分配标准尚未定义。
4. 当一个结构包含两个位段，第二个位段成员比较大，无法容纳于第一个位段剩余的位时，是舍弃还是利用，这是不确定的。

总结

• 跟结构体相比，位段可以达到同样的效果，它可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。
• 用位段可以实现IP地址的快速提取与转化。