深入剖析位结构

zjhfqq 发表于 2007-3-28 14:32:00

author: zjhfqq keyword: 位结构 节省存贮空间 “:”操作符 位域 一、首先说概念： 位结构是一种特殊的结构, 在需按位访问一个字节或字的多个位时, 位结构比按位运算符更加方便。 位结构定义的一般形式为: struct  位结构名{ 数据类型 [变量名]: 整型常数; //成员称为“位域”或者“位段” 数据类型 [变量名]: 整型常数; } 位结构变量; 其中: 数据类型必须是整型(int/char/short)。 整型常数的范围是数据类型的长度, 如定义为short，则范围是1~16。 变量名是选择项, 可以不命名, 这样规定是为了排列需要。 例如: 下面定义了一个位结构。 struct webpage{ unsigned char incon: 8; /*incon占用低字节的0~7共8位*/ unsigned char txcolor: 4;/*txcolor占用高字节的0~3位共4位*/ unsigned char bgcolor: 3;/*bgcolor占用高字节的4~6位共3位*/ unsigned char blink: 1; /*blink占用高字节的第7位*/ }ch; printf("%d/n",sizeof(struct webpage));输出：2。 位结构成员的访问与结构成员的访问相同。 例如: 访问上例位结构中的bgcolor成员可写成: ch.bgcolor 注意: 1. 一个位域必须存储在定义它的一个数据类型内部，不能跨跨该数据类型。如char定义的位域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.由于位域不允许越过定义它的数据类型，因此位域的长度不能大于定义它的数据类型的长度。 3. 位结构总长度(位数), 是各个位成员定义的位数之和再向最大结构成员对齐。 4. 位结构成员可以与其它结构成员一起使用。 例如: struct info{ char name[8]; int age; struct addr address; float pay; unsigned char state: 1; unsigned char pay: 1; }workers; 上例的结构定义了关于一个工人的信息。其中有两个位结构成员, 每个位结构成员只有一位, 用unsigned char数据类型，因此只占一个字节但保存了两个信息, 该字节中第一位表示工人的状态, 第二位表示工资是否已发放。由此可见使用位结构可以节省存贮空间。 二、再说说位结构的位域存储顺序问题 我们知道字节存储顺序有高字节优先的big-endian大端存储法（高字节数据放在低字节地址处）和低字节优先的little-endian小端存储法，无论使用大端法还是小端法，都不存在技术原因，只是涉及到处理器厂商的立场和习惯。INTEL的X86平台使用小端法，IBM、Motorola、Sun Microsystem的大多数微处理器则使用大端法，还有部分微处理器可以由用户自己设置是使用大端法还是小端法，如ARM、MIPS、PowerPC等。 位域在存储时的顺序和它的编译器有关，一般是先申请的放在低位。程序举例如下： #include "stdio.h" void main() {  union  {  struct student  {   unsigned char s1:1;    unsigned char s2:3;  }x;  unsigned char c;  }v;  v.c=0;  v.x.s1=0;  v.x.s2=4; printf("%d/n",v.c); printf("%d/n",sizeof(struct student));  } 输出： 8 1 即结构体成员申请是按照顺序从低地址开始。所以上边结构体v在内存中数据的排列顺序为     s1 s2     |0| 0|0|1| 0|0|0|0| （1个字节，因为是unsigned char类型） 低地址       高地址 s1放着0 s2放着4（二进制100），在内存里由低到高为“|0|0|1|”。 所以v.c为二进制00001000，即十进制8。 同时，因为s1占一个位，s2占三个位，而两者都是unsigned char型，且最大的数据类型也就是unsigned char型，一个字节足够放下s1和s2了。所以我们看到struct student的大小为1个字节。 如果从先申请的放在高字节，则上边的输出为            s2  s1 0000 |001 |0 即输出应该是： 64 1 网上有人说TURBO C是采用这种方式，我没试过。 三、位结构的位对齐问题 位结构的其实不存在位对齐问题，即位不需要对齐。其他方面，位结构和一般结构体类似，遵循结构体的对齐原则， #include "stdio.h" void main() {  union  {  struct student  {   unsigned char s1:1;    unsigned char s2:2;   unsigned char s3:2;  }x;  unsigned char c;  }v;  v.c=0;  v.x.s1=0;  v.x.s3=2; printf("%d/n",v.c); printf("%d/n",sizeof(struct student));  } 输出结果是： 16 1 因为它只按整体对齐，所以为 s1s2s3 0  0001000 即二进制00010000等于十进制16，而不是 s1s2    s3 0  00 0 01 00 再举一个位结构体的例子 #include "stdio.h" void main() {  union  {  struct student  {   unsigned char s1:1;    unsigned char s2:2;   unsigned short s3:2;  }x;  unsigned short c;  unsigned int d;  }v;  v.d=0;  v.x.s1=0;  v.x.s3=2; printf("%d/n",v.d); printf("%d/n",sizeof(struct student));  } 输出为： 131072 4 131072=(10 00000000 00000000)b 因为遵循结构体对齐原则，s3跳过了2个字节。 s1s2                               s3 0  00 00000| 00000000| 01 有关“结构体对齐”可以看转载 "52rd.com/Blog/Detail_RD.Blog_zjhfqq_7083.html" 以上程序全部在C1.7 + XPSP2 + VC6++测试通过。 本文原创，转载请注明出处。 "52rd.com/Blog/Detail_RD.Blog_zjhfqq_7084.html"