【C/C++】你知道位段吗？段位？不，是位段！

本章重点

什么是位段？

位段的内存分配

位段的跨平台问题

位段的应用

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上一篇文章我详细介绍了第一种自定义类型--结构体。本章节我们认识一下另外一种自定义类型--

位段。因为讲解位段时需要用到一点结构体的知识，所以我直接把链接放到这里可按需直接跳转：

结构体&内存对齐http://t.csdn.cn/mUXIXOK，进入正题，我们一起来学习如何用结构体实现位段。

什么是位段？

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位段的声明与结构是类似的，但是有两个不同：

1.位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int 等整型家族。

2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字

比如：

这是我们已经认识的结构体类型：

struct S
{
	int a;
	int b;
	int c;
	int d;
};

这是一个位段类型：

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

位段的样子看起来奇奇怪怪的，那个冒号和后面的数字是什么意思呢？

位段位段，它名字里的“位”就是二进制位。

冒号和后面的数字其实是它的成员变量在告诉编译器：

成员a：我只需要2个比特的空间足以！

成员b：请给我分配5个比特的空间吧！

成员c：给我来10个！

成员d：我需要的空间大，给我来40个比特的空间吧！

每个成员都得到了自己想要的大小的空间，那么位段A的总大小是多少呢？

我们用sizeof来计算一下：

#include
int main()
{
	printf("结构体S的大小为：  %d字节\n", sizeof(struct S));
	printf("位段A的大小为：     %d字节\n", sizeof(struct A));

	return 0;
}

结果如下：

学完上一章之后，我们很轻松的计算出结构体S的大小4*4=16字节与结果一致。

再看位段，把成员们所需要的空间大小加起来2+5+10+30=47比特。

已知1字节=8比特。换算一下位段A的总大小应该是6字节就够了，可结果却是8字节。

那我们就不得不研究一下位段是如何进行内存分配的。

位段的内存分配

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1. 位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char （属于 整形家族 ）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 。

首先声明：位段有很多用法是标准未定义的，也就是说不同的机器上或者不同的编译器上内存如何

分配都有所差异，所以一下内容中有关内存分配的插图并不是严格正确的！！！

举个例子：

这是一个成员是int类型的位段：

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

这是一个成员是char类型的位段：

struct S
{
	char a : 3;
	char b : 4;
	char c : 5;
	char d : 4;
};

 现在假定义一个位段的变量并进行初始化：

struct S
{
	char a : 3;
	char b : 4;
	char c : 5;
	char d : 4;
};
struct S s = { 0 };
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;

其在vs2013环境下是这样进行存储数据的：

说明：数据是以二进制的方式进行存储的。

再次强调：以上的存储形式仅仅是vs2013环境下的，每种不同的编译器在不同的环境下都有自己存储的方式 。

正因为如此，位段的使用被种种原因所限制。下面就看看位段的跨平台问题。

位段的跨平台问题

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1. int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。

说明：例如一个整型存储的时候，它的最高位是有符号位还是无符号位是有明确的规定的，

而位段标准并没有规定。有的平台会当作有符号数处理，有的反之。

2. 位段中最大位的数目不能确定。

说明： 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。

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。

说明：

例如：

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，

是舍弃剩余的位还是利用，这是不确定的。

说明：

例如这种情况：

总结：

跟结构相比，位段可以达到同样的效果，但是可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。

位段的应用

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位段的有点就是可以根据自己需求来开辟一定大小的空间，在一定程度上做到了节省空间。

假设有这样的场景：

现在需要存储一个零件的规格：

长、宽、高、颜色、生产日期、价格

如果用结构体的话，即使全部用char类型来表示，也需要5个字节的空间。

但是用位段的话，某些数据，有可能用2个比特位就足够描述所有的情况。

这样有很好的避免了非必要的空间浪费。

总而言之，灵活的使用位段，能使我们的程序得到优化。

本章完!