C | 结构体实现位段

前言

小伙伴们，我们上次学习了C语言中自定义数据类型的结构体，今天我们来学习一个更为深入的问题。

那就是用结构体实现位段。

小提示：如果没有看过结构体相关知识的小伙伴可以点击链接跳转哦！

结构体的相关知识

什么是位段

什么是位段呢？

这里要注意啊！！

是位段！！

不是段位！！

千万不要搞混淆了哦~

其实我们可以认为，位段就是一种特殊的结构体！

但是也与结构体有所区别。

位段的声明与结构体是相似的

1. 位段的成员必须是整型家族的，如char、 short、int、unsigned int 或signed int等 。
2. 位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

比如：

struct A
{
     
int a:2;
int b:5;
int c:10;
int d:30;
};

上面的代码就是一种位段的类型。

位段的内存分配

下面我们来看看位段的内存分配。

大家认为上面举例子的代码，struct A 的大小是多少呢？

我在VS2019默认的编译环境下，大小为8.

那么这是为什么呢？

以下就是位段内存分配的规则：

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。
定义位段数据大小的时候，不可以超过变量本身的字节数大小。

也就是说，位段开辟空间的时候，会先看第一个数据类型是什么，如上述代码第一个数据类型为int，而int类型默认是4个字节，那么就会直接开辟4个字节，也就是32个bit。

此时int a ：2；后面的这个数字2，表示a只会占用32个bit中的2个。

此时剩下30个bit，那么b也会占用5个bit，c也会占用10个bit.

这时候，还剩下15个bit，不够30个，那么就会再一次开辟4个字节，用来存放数据。

需要注意的是

每个变量后面的数字，不可以超过变量类型本身的大小。这个栗子的话，就是后面的数字不能超过32.

位段的跨平台问题

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。

位段在实现中的很多细节，C语言的语法并没有做出规定。

如：
一个字节内部8个bit的数据是如何使用的？

先使用低bit还是高bit？

创建的int的32个bit是按照无符号整型还是有符号整型来处理？

如果剩下的bit不够用来存放数据的时候，开辟了新的空间，那么是舍弃原来的不够的空间，直接使用新开的空间，还是先把剩下的空间用完，不够的在使用新的空间？

这些都是未知的，取决于编译环境。

我使用的是VS2019，此时在一个字节内部，位段是先使用低bit再使用高bit，而且如果要输入的数据超过了规定的bit大小，那么就会发生截断，舍弃高位溢出的数据，保留低位。

而且如果剩下的bit不够之后，会开辟新的空间，原来不够的剩下的空间会舍去。

此外，除了上面提到的问题，还有就是位段中最大位的数目不能确定。（16位机器最大16，32位机器最大32，写成27，在16位机器会出问题。

正是由于这些不确定性，使得位段不具有跨平台性。

所以，再一些情况下， 能够用结构体解决的问题，我们就尽量用结构体的方式来解决。

位段的应用

尽管位段不具有跨平台性，但是在一定的环境下还是有用武之地的。比如在一些内存比较小的运行坏境下，合理的使用位段，可以使得数据利用的更加合理，避免不必要的浪费。

比如，假如我们需要一个变量来表示性别的话，如果女用0表示，男用1表示，那么我们完全可以只用一个来bit，这样就算是定义最小的char还能剩下7个bit。

当然，使用位段的时候，我们要清楚的明白当前环境下位段的使用特点，只有做到了解明白，才不至于使用错误。

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补充：

位段的使用，一般是内部的成员变量都是同一类型的情况下使用。

要么全部都用int，要么全部都用char，至于混用的情况，由于我的水平有限，也没了解。如果有了解的小伙伴，欢迎你们能够教教我哦！

结语

由于本人水平有限，难免会有说错或者说的不够好的地方，希望各位能够指出！

今天的学习到这里就结束啦！希望各位能够给我点个关注，点个赞哦！

有什么想说的也欢迎再下面留言哦~