C语言中的位域

 

一、前言
    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。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。

二、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 sa
{
char a:3;
char b:4;
char c:1;
};

三、位域的内存分配

    看了些网上的资料和C关于位域的书籍，然后动手在编译器上测试，发现网上和书上的关于位域内存分配的内容和我的测试结果有偏差(姑且认为那些内容是错误的)；包括前言对位域的说明也不够严谨！

(1) 位域必须存放在一个字节里面，不能跨越两个字节；(这句有误)
例如：
struct s
{
   short a:5;
   short b:5;
   short c:5;
}sa;
在TC2.0/VC6.0/gcc上sizeof(sa)得到的大小一致为2；
可见，位域可以跨越两个字节，位域可以跨越sizeof(定义位域的类型)个字节！如上例可以跨越sizeof(short)=2个字节。
(2) 位域的长度不能大于1个字节，即不能大于8；(这句也有误)
例如：
struct s
{
   short a:9;
   short b:3;
   short c:4;
}sa;
同样，在TC2.0/VC6.0/gcc上编译通过，且sizeof(sa) = 2;因此同1，位域的长度大小应该是不超过8*sizeof(定义为域的类型)
(3) 关于空域
struct s
{
   short a:5;
   short :0;    //空域
   short b:5;
}sa;
测试结果：sizeof(sa) = 4;空域后面的位域从新的存储单元开始；一个存储单元包括sizeof(定义位域的类型)个字节；
(4) 关于无名域
struct s
{
   short a:5
   short :5; //无名域
   short c:5;
}sa;
在VC6.0/GCC上测试结果：sizeof(sa) ＝ 2；填充5位，总位数小于16，所以大小为2。
注：把无名域也看成是位域；因此它也必须满足(1)和(2)。

四、位域的使用
    对于位域的使用，同其他结构体成员使用一样；如可以这样引用上面定义的位域：s.a ; s.c ；空域和无名域不可访问！对位域赋值不能超过位域所能表示的最大范围，超过了将会被截短。

五、位域的效率
    大家都知道，结构体成员的对齐是为了提高访问数据的效率；而位域成员显然没有进行结构体对齐，这样对数据访问的效率存在影响吗？
理所当然(应该是我想当然)这样会降低效率；然而，我看了一些网页上的资料(我没有进行仔细的分析，只是借用别人的结论)；对位域成员的访问在编译阶段进行了优化；从生成的汇编源代码看出效率是一样的，并没有降低！

六、结束语
    毕竟本人水平有限，以上内容，个人愚见，如有错误，还望指正...(别让我生在错中不知错，呵呵～～)！

 

 

 

ps:空域的问题

 

struct A{
    unsigned a:4;
    unsigned :0;
    unsigned b:3;
};

struct B{
    unsigned a:4;
    unsigned :32;
    unsigned b:3;
};

sizeof(A)=8 while sizeof(B)=12   gcc

struct A{
    unsigned a:4;
    unsigned :0;
    unsigned b:3;
};

int *p=(int*)&a;
*p=0x80000023;
p=p+1;
*p=0x0000000e;

printf(" %d %d\n",a.a,a.b);

output:3  6