走进结构体存储--位域

1、位域简介

       在嵌入式编程中，经常会遇到下面的结构：

struct  _data
{
  char   a:6;
  char   b:2;
  char   c:7;
}data;

      在存储信息的时候，我们可能并不需要占用一个完整的字节，而只需占一个或几个二进制位，如要存储一个八进制数据，只需要3 个二进制位就够了。为了节省存储空间，C 语言提供了位域这种数据结构。所谓位域，就是把存储空间中的二进制位划分为几个不同的区域，并说明每个区域的位数，每个域有一个域名，允许在程序中按域名进行操作。

2、位域的定义及变量的说明

      定义位域的一般形式如下：

struct   位域结构名{
  类型说明符  位域名a：位域长度；
  ……
  类型说明符  位域名b：位域长度；
}；

     位域变量的说明：

     以开头提到结构体来说明：data 为struct _data 类型变量。占有2个字节，其中a:占6位，b占2位，c占7位；

3、位域定义的几点说明

      1）  一个位域必须存储在同一个字节中，不能跨两个字节。如一个字节所剩空间不够存放另一位域时，应从下一单元起存放该位域。也                可以有意使某位域从下一单元开始。

     2）  位域的长度不能大于指定类型固有长度，比如说int的位域长度不能超过32，bool的位域长度不能超过8。

     3） 位域可以无位域名，这时它只用来作填充或调整位置。无名的位域是不能使用的。例如：

          

struct data_ {
       int a:1
       int :2 /*该2位不能使用*/
       int b:3
       int c:2
}data; 

4、位域使用及存储空间说明

      1）位域的使用：

        

struct   位域结构名{
  类型说明符  位域名：位域长度；
  ……
  类型说明符  位域名：位域长度；
} 位域变量名1，位域变量名2……；

/*其中，位域结构名可以省略掉，直接定义位域变量，如：*/
struct   {
  类型说明符  位域名：位域长度；
  ……
  类型说明符  位域名：位域长度；
} 位域变量名1，位域变量名2……；

/*还可以先定义位域类型，再定义位域变量名，如：*/
struct   位域结构名{
  类型说明符  位域名：位域长度；
  ……
  类型说明符  位域名：位域长度；
}；
struct   位域结构名  位域变量名1，位域变量名2……；

      2) 位域存储空间说明

    示例1：

#include <stdio.h>
    struct data_ {
        char a  : 5;
        char b  : 3;
        char c  : 7;
    }data; 

int main()
{

    printf("data 的起始地址是：%p\n",&data);
    printf("data 的占有的字节数：%d\n",sizeof(struct data_));
}
james@jsh:~$ ./a.out 
data 的起始地址是：0x804a01c
data 的占有的字节数：2

示例2：

#include <stdio.h>
    struct data_ {
        char a  : 5;
        char b  : 6;
        char c  : 7;
    }data; 

int main()
{

    printf("data 的起始地址是：%p\n",&data);
    printf("data 的占有的字节数：%d\n",sizeof(struct data_));
}
james@jsh:~$ ./a.out 
data 的起始地址是：0x804a01c
data 的占有的字节数：3

    通过上面的2个例子，我们可以充分说了，上节中的第一条：

一个位域必须存储在同一个字节中，不能跨两个字节。

示例 3：

#include <stdio.h>
    struct data_ {
        char a  : 6;
        int b  : 22;
        char c  : 7;
    }data; 

int main()
{

    printf("data 的起始地址是：%p\n",&data);
    printf("data 的占有的字节数：%d\n",sizeof(struct data_));
}
james@jsh:~$ ./a.out 
data 的起始地址是：0x804a01c
data 的占有的字节数：8

示例4：

#include <stdio.h>
    struct data_ {
        char a  : 6;
        int b  : 30;
        char c  : 7;
    }data; 

int main()
{

    printf("data 的起始地址是：%p\n",&data);
    printf("data 的占有的字节数：%d\n",sizeof(struct data_));
}
james@jsh:~$ ./a.out 
data 的起始地址是：0x804a01c
data 的占有的字节数：12

示例5：

#include <stdio.h>
    struct data_ {
        char a  : 6;
        int b  : 12;
        char c  : 7;
    }data; 

int main()
{

    printf("data 的起始地址是：%p\n",&data);
    printf("data 的占有的字节数：%d\n",sizeof(struct data_));
}
james@jsh:~$ ./a.out 
data 的起始地址是：0x804a01c
data 的占有的字节数：4

上述测试：必须对内存对齐方式有一定的了解，简单说明下吧！内存对齐应遵循下来3个规则： 

1、按字节对齐 2、按字对齐 3、按半字对齐 （一个字是4个字节，半字2个字节）

 位域的存储首先应该遵循内存的对齐放弃，再遵循上述3节第一条部分。

再补充点就是：结构体成员排列最好的方式，按类型占有字节的大小，按大到小排列！

 

#include <stdio.h>   
#pragma pack (2) 
struct  _data
{
  int      a:16;
  unsigned  char   b:5;
  char      c:5;
}data;
void main()  
{ 
  int *p=(int *)&data;
  printf(" 位域结构的起始地址为:%d\n\n",p);
  data.a=2;
  printf(" 整型指针p 所指向的单元存储的值为:%d\n",*p);
  printf(" 位域a 的值为:%d\n",data.a);
 
  char *p1=(char*)(p+1);
  data.b=18;
  printf("\n字符指针p1所指向的单元存储的值为:%d\n",*p1);
  printf(" 位域b 的值为:%d\n",data.b);
  data.c=255;
  char *p2;
  p2 = p1+1;
  printf("\n字符指针p2所指向的单元存储的值为:%d\n",*p2);
  printf(" 位域c 的值为:%d\n",data.c);
  return ;
}  
运行结果：
位域结构的起始地址为:4233624
整型指针p 所指向的单元存储的值为:2
位域a 的值为:2
字符指针p1所指向的单元存储的值为:18
位域b 的值为:18
字符指针p2所指向的单元存储的值为:31
位域c 的值为:-1。

 

& d a t a 为d a t a 位域结构的起始地址，将其强制转换为i n t 型指针，并赋值给p ，所以p 的
值就是d a t a 位域的起始地址，即4 2 3 3 6 2 4 ，p 指针指向的就是以4 2 3 3 6 2 4 为起始地址的连续
4 个字节的内存单元；接下来执行“c h a r   * p 1 = ( c h a r * ) ( p + 1 ) ; ”使p 1 的值为4 2 3 3 6 2 8 ，p 1 就指
向地址为4 2 3 3 6 2 8 的内存单元；执行“p 2   =   p 1 + 1 ; ”使p 2 的值为4 2 3 3 6 2 9 ，c h a r 型指针指向
地址为4 2 3 3 6 2 9 的内存单元。我们发现，* p 的值和位域a 的值相同。由此可以看出，V C + +  
6 . 0 在编译的时候，对于那些没有使用的位域段，编译器对其进行填充0 的处理。看看位域c
的运行结果，我们发现输出与输入不相符，这是因为在编译的过程中对c h a r 型位域默认执行
有符号处理，所以输出值为- 1 ，而对位域b 指定了无符号的处理方式，所以输出与输入完
全一致。