C语言之位段（详解）

C语言之位段

1. 位段的介绍

位段（bit-field）是C语言中的一种特殊数据类型，它允许将一个字节分成几个部分，并为每个部分指定特定的位数，以便在内存中存储和访问这些部分。

其中位段相较于结构体有两特殊点

1. 位段的成员必须是 int unsigned int或 signed int char（整型家族） ，在C99中位段的成员也可以是其他类型
2. 位段的成员名后跟一个冒号和数字

例如：

struct A
{
	int a : 5;
	signed int b : 6;
	unsigned int c : 10;
	//int d : 40; 超出了int类型最大的大小
};

数字的含义：表示占多少bit位的大小，且设置的大小不能超过原类型最大的大小，例如int 为 4 字节，设置的数字就不能超过 32 bit

2. 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 等类型

• 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

例子：

struct S
{
	char a : 3;
	char b : 4;
	char c : 5;
	char d : 4;
};
int main()
{
	struct S s = { 0 };
	s.a = 10;
	s.b = 12;
	s.c = 3;
	s.d = 4;
	printf("%zd", sizeof(s));
	return 0;
}

代码运行结果:>
3

在VS2022中，位段中的成员是从右向左分配空间的，如果遇到不足位段成员大小的空间，则直接丢弃，在开辟一个字节的空间分配

在内存中

第一个字节为 0110 0010 转为十六进制为 62
第二个字节为 0000 0011 转为十六进制为 03
第三个字节为 0000 0100 转为十六进制为 04

3. 位段跨平台问题

1. int 位段被当成有符号数还是⽆符号数是不确定的。
2. 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。
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，是舍弃剩余的位还是利⽤，这是不确定的。

在C语言中规定，int类型的有无符号是由编译器决定的，但它必须至少能存下-32767~32767的值

int类型在16位机器上是2个字节的，这是你位段分配了超过16bit时就会有问题

位段内存分配没有明确规定，取决于编译器，不同编译器实现的方式不同。在VS2022中，位段成员是从右往左分配内存的，并且如果遇到一个字节中的内存不够时，则会抛弃剩余内存，重新开辟一个字节的内存再分配

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

4. 位段的应用

一下是IP数据报的格式图

在上述图片中可以看到，有些数据只需几bit的内存空间，位段允许几个数据类型合并在一起，节约了存储内存，⽹络传输的数据报⼤⼩也会较⼩⼀些，对⽹络的畅通是有帮助的

5. 位段使用注意

位段允许几个小的数据类型合并在一起，这样有的成员的起始位置就不是某个字节的起始位置，在内存中为每个字节分配一个地址，一个字节内部的 bit位 是没有地址

TIPS：不能对位段中的某个成员使用&操作符

既然不能使用&操作符，那么怎么对位段中的成员赋值呢
可以值存入一个变量中，再将变量的值赋给位段中的成员

#include 

struct S
{
	char a : 5;
	int b : 16;
};
int main()
{
	struct S s = { 0 };
	//scanf("%d", &s.a); 这是错误的

	//正确示范
	int n = 0;
	scanf("%d", &n);
	s.a = n;
	return 0;
}