C中的位域
这里来分析EMC的一道笔试题(07年招聘试题)：
1 typedef struct bitstruct 2 { 3 int b1:5; 4 int :2; 5 int b2:2; 6 }bitstruct; 7 int main(int argc, char *argv[]) 8 { 9 bitstruct b;10 printf("%d\n",sizeof(bitstruct));11 memcpy(&b,"EMC Examination",sizeof(b));12 printf("%d,%d\n",b.b1,b.b2);13 return 0;14 }
请问在little-endian systems(系统默认的存放顺序)中，输出结果是什么？
答案是
5 ， - 2 ；
所需知识点：
1. 位域 的概念和特点
C语言允许在一个结构体中以位为单位来指定其成员所占内存长度，这种以位为单位的成员称为“位段”或称“位域”(bit field)。(1)位段成员的类型必须指定为unsigned或int类型；(2)若某一位段要从另一个字开始存放，用:0长度为0的空位段，作用就是使下一个位段从下一个存储单位(视不同编译系统而异)开始存放；(3)一个位段必须存储在同一存储单元中，不能跨两个单元；(4)可以定义无名字段例如"：2"；(5)位段的长度不能大于存储单元的长度，也不能定义位段数组；(6)位段可以用整形格式符输出；(7)位段可以在数值表达式中引用，它会被系统自动地转换成整形数。[1][3]
2. Little-endian systems的内存布局特点
先问一个问题：Endian这个词是什么意思？
“endian”这个词出自《格列佛游记》。小人国的内战就源于吃鸡蛋时是究竟从大头(Big-Endian)敲开还是从小头(Little-Endian)敲开，由此曾发生过六次叛乱，其中一个皇帝送了命，另一个丢了王位。
我们一般将endian翻译成“ 字节序”，将big endian和little endian称作“大尾”和“小尾”。这也在当今的CPU派别中一样存在。Motorola的PowerPC系列CPU采用的Big-endian, Intel的X86系列CPU采用的是Little-endian。Little-endian的特点是高高低低，即高位地址存放最高有效字节，低位地址存放最低有效字节；而Big-endian正好相反。下面用图的方式说明起来更直观，例如0x12345678( 特别注意，这是单个数，不是字符串，如果是字符串就不一定这样了。之前没有特别注意这点，害的我多花了冤枉时间)。Big Endian
低地址 高地址
----------------------------------------->
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| 12 | 34 | 56 | 78 |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Little Endian
低地址 高地址
----------------------------------------->
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| 78 | 56 | 34 | 12 |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
上面的字节序的不同，在单机的操作中没有问题，因为一台单机就是采用单一的字节序嘛！但是在两个不同的主机进行协作时，就会出现问题了；另外在网络通讯中也同样会出现问题，详细参考[2]
就单个字节而言，也会有这样的问题：比特序有差别吗？
也分成两种序，如果我们处理的基本单位是字节以上的话，对此就不必担心了，因为CPU存储操作的最小单元是字节，所以比特位的顺序对我们来就是透明的，我们在读取某个字节时，不管它用的是Big endian 还是Little endian，我们读到的都是一个同样的字节，只不过硬件在读写时的顺序，一个是从高到底另一个是从低到高，对我们的使用不产生影响。但是如果涉及到位域的存放问题，还是要特别小心，上面这道题就是一个非常的好的例子。
Big Endian
msb lsb
---------------------------------------------->
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Little Endian
lsb msb
---------------------------------------------->
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
3. memcpy() 与strcpy()的区别
这个问题很简单，可以想象成这样：memcpy的基本单位是位，strcpy的基本单位是字符。所以，memcpy会根据提供的长度完全按位拷贝，而strcpy是两个字符串之间的拷贝。
回来原来的问题上，在采用little endian的BUS64中，struct bitstruct在没涉及到高低位问题时，也就是我们平时常会画出的一种形式是：
｛b1 b1 b1 b1 b1 Ø Ø b2 b2 Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø ØØØØØØØØ ØØØØØØØØ｝;
在内存中的实际布局是：
低地址 高地址
-------------------------------------------------------------->
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| b2 Ø Ø b1 b1 b1 b1 b1 |Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø b2 |ØØØØØØØØ |ØØØØØØØØ |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
memcpy按位拷贝“EMC Examination”到b中，一个字符是8位; 又因为sizeof(b)=4，所以只写入"EMC "。"EMC "对应的位序列是：{0100 0101 0100 1101 0100 0011 0010 0000}，从这里写到内存里的形式是：（在这里不要被little endian给迷惑了，E不是放在高地址，参看上面 红色的特别注意）
低地址 高地址
------------------------- -------------------- ------------ ----->
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ -+-+-+-+-+-+-+ -+-+
| b2 Ø Ø b1 b1 b1 b1 b1 |Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø b2 |ØØØØØØØØ |ØØØØØØØØ |
| 0 1 0 0 0 1 0 1 |0 1 0 0 1 1 0 1 |0100 0011 |0010 0000 |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ -+-+-+-+-+-+-+-+- +
printf("%d,%d\n",b.b1,b.b2);读出来的b1是00101，它的值是5; b2是10，转换成十进制是－2。
到了这一步，似乎题目已经解答出来了，但还有两个地方有疑惑：
1.struct bitstruct在内存中的位存放顺序是这样的么？
低地址 高地址
------------------------- -------------------- ------------ ----->
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ -+-+-+-+-+-+-+ -+-+
| b2 Ø Ø b1 b1 b1 b1 b1 |Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø b2 |ØØØØØØØØ |ØØØØØØØØ |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ -+-+-+-+-+-+-+-+- +
2.memcpy函数在按位拷贝时的拷贝顺序是这样的么？
低地址 高地址
------------------------- -------------------- ------------ ----->
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ -+-+-+-+-+-+-+ -+-+
| 01000101 | 01001101 |0100 0011 |0010 0000 |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ -+-+-+-+-+-+-+-+- +
关于上面两个问题的验证工作留给路过的朋友来做：－P ..... 欢迎批评指正
[1]谭浩强 C程序设计 第二版 清华大学出版社
[2]http://blog.csdn.net/sunshine1314/archive/2008/04/20/2309655.aspx
[3]http://topic.csdn.net/t/20061207/10/5212742.html#
[4]http://elanso.com/ArticleModule/LmT3M6M6HGKzTDQcPKMGKAIi.html
[5]关于字节序与编码的关联请参考http://elanso.com/ArticleModule/LmT3M6M6HGKzTDQcPKMGKAIi.html