C语言位域精解

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有些信息在存储时，并不需要占用一个完整的字节， 而只需占几个或一个二进制位。例如在存放一个开关量时，只有0和1 两种状态，用一位二进位即可。为了节省存储空间，并使处理简便，Ｃ语言又提供了一种数据结构，称为“位域”或“位段”。所谓“位域”是把一个字节中的二进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。这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示。一、位域的定义和位域变量的说明位域定义与结构定义相仿，其形式为：struct 位域结构名{ 位域列表 };其中位域列表的形式为： 类型说明符 位域名：位域长度例如：struct bs{ int a:8; int b:2; int c:6;};位域变量的说明与结构变量说明的方式相同。 可采用先定义后说明，同时定义说明或者直接说明这三种方式。例如：struct bs{ int a:8; int b:2; int c:6;}data;说明data为bs变量，共占两个字节。其中位域a占8位，位域b占2位，位域c占6位。对于位域的定义尚有以下几点说明：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。例如：struct bs{ unsigned a:4; unsigned :0; unsigned b:4; unsigned c:4;}在这个位域定义中，a占第一字节的4位，后4位填0表示不使用，b从第二字节开始，占用4位，c占用4位。2. 由于位域不允许跨两个字节，因此位域的长度不能大于一个字节的长度，也就是说不能超过8位二进位。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 k{ int a:1; int :2; int b:3; int c:2;};从以上分析可以看出，位域在本质上就是一种结构类型， 不过其成员是按二进位分配的。二、位域的使用位域的使用和结构成员的使用相同，其一般形式为：位域变量名·位域名位域允许用各种格式输出。main(){ struct bs { unsigned a:1; unsigned b:3; unsigned c:4; } bit,*pbit; bit.a=1; bit.b=7; bit.c=15; printf("%d,%d,%d\n",bit.a,bit.b,bit.c); pbit=&bit; pbit->a=0; pbit->b&=3; pbit->c|=1; printf("%d,%d,%d\n",pbit->a,pbit->b,pbit->c);}上例程序中定义了位域结构bs，三个位域为a,b,c。说明了bs类型的变量bit和指向bs类型的指针变量pbit。这表示位域也是可以使用指针的。程序的9、10、11三行分别给三个位域赋值。( 应注意赋值不能超过该位域的允许范围)程序第12行以整型量格式输出三个域的内容。第13行把位域变量bit的地址送给指针变量pbit。第14行用指针方式给位域a重新赋值，赋为0。第15行使用了复合的位运算符"&="，该行相当于：pbit->b=pbit->b&3位域b中原有值为7，与3作按位与运算的结果为3(111&011=011,十进制值为3)。同样，程序第16行中使用了复合位运算"|=".之所以要有透析基础知识这么个分栏,就是告诉大家重在细节的道理,粗略的东西谁都懂,修炼内功为高手的必经之路.前面的内容存在缺陷，具体还要参考如下文章：C99规定int、unsigned int和bool可以作为位域类型，但编译器几乎都对此作了扩展，允许其它类型类型的存在。使用位域的主要目的是压缩存储，其大致规则为：1) 如果相邻位域字段的类型相同，且其位宽之和小于类型的sizeof大小，则后面的字段将紧邻前一个字段存储，直到不能容纳为止；2) 如果相邻位域字段的类型相同，但其位宽之和大于类型的sizeof大小，则后面的字段将从新的存储单元开始，其偏移量为其类型大小的整数倍；3) 如果相邻的位域字段的类型不同，则各编译器的具体实现有差异，VC6采取不压缩方式，Dev-C++采取压缩方式；4) 如果位域字段之间穿插着非位域字段，则不进行压缩；5) 整个结构体的总大小为最宽基本类型成员大小的整数倍。typedef struct AA{ unsigned char b1:5; unsigned char b2:5; unsigned char b3:5; unsigned char b4:5; unsigned char b5:5;}AA;sizeof(AA) = 5;　但实际上只用了25位，即4个字节，（1）typedef struct AA{ unsigned int b1:5; unsigned int b2:5; unsigned int b3:5; unsigned int b4:5; unsigned int b5:5;}AA; （2）typedef struct AA{ unsigned int b1:5; unsigned int b2:5; unsigned int b3:5; unsigned int b4:5; unsigned int b5:5; unsigned int b6:5; unsigned int b7:5;}AA;（1）是5个成员,按第一条规则,共占25位,按第五条规则,即sizeof(AA)=4现把成员加到7个，参考（2）,按第一条规则,共占35位,按第五条规则,即sizeof(AA)=8, 再看一个例子： struct test1{char a:1;char :2;long b:3;char c:2;};int len = sizeof(test1);对于上述例子，len的值应该是12.解释如下：　首先以最长的类型位宽做为偏移量，最长的是long型，占4位，所以不同类型之间应该是4个字节的偏移，即test1应该是4字节的整数倍。　char a：1；　//用一个字节去存储char ：2；　 //空域。因为与前面的a的类型相同，而两个位域的位宽相加仍然少于8位，所以依然用1个字节表示long b：3； //long类型的位宽是4个字节，与前面的char类型不同，所以b与a之间偏移4个字节，它们之间自动补充3个字节　char c：2； //因为c与b又不同型，以test1中的最长的long类型的位宽进行偏移，所以虽然char只用1个字节就够了//但依然要占4个字节。总共是12字节。 ///////////////////////struct s1　　{　　int i: 8;　　int j: 4;　　int a: 3;　　double b;　　};　　struct s2　　{　　int i: 8;　　int j: 4;　　double b;　　int a:3;　　};　　printf("sizeof(s1)= %d\n", sizeof(s1));　　printf("sizeof(s2)= %d\n", sizeof(s2));　　result: 16, 24　　第一个struct s1　　{　　int i: 8;　　int j: 4;　　int a: 3;　　double b;　　};　　理论上是这样的，首先是i在相对0的位置，占8位一个字节，然后，j就在相对一个字节的位置，由于一个位置的字节数是4位的倍数，因此不用对齐，就放在那里了，然后是a，要在3位的倍数关系的位置上，因此要移一位，在15位的位置上放下，目前总共是18位，折算过来是2字节2位的样子，由于 double是8 字节的，因此要在相对0要是8个字节的位置上放下，因此从18位开始到8个字节之间的位置被忽略，直接放在8字节的位置了，因此，总共是16字节。