C語言位域精解

Frank__Library 2016-12-09

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有些信息在存儲時，并不需要占用一個完整的字節(jié)，而只需占幾個或一個二進(jìn)制位。例如在存放一個開關(guān)量時，只有0和1 兩種狀態(tài)，用一位二進(jìn)位即可。為了節(jié)省存儲空間，并使處理簡便，Ｃ語言又提供了一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，稱為“位域”或“位段”。所謂“位域”是把一個字節(jié)中的二進(jìn)位劃分為幾個不同的區(qū)域，并說明每個區(qū)域的位數(shù)。每個域有一個域名，允許在程序中按域名進(jìn)行操作。這樣就可以把幾個不同的對象用一個字節(jié)的二進(jìn)制位域來表示。
一、位域的定義和位域變量的說明
位域定義與結(jié)構(gòu)定義相仿，其形式為：
struct 位域結(jié)構(gòu)名
{ 位域列表 };
其中位域列表的形式為：類型說明符位域名：位域長度
例如：
struct bs
{
    int a:8;
    int b:2;
    int c:6;
};
位域變量的說明與結(jié)構(gòu)變量說明的方式相同。可采用先定義后說明，同時定義說明或者直接說明這三種方式。例如：
struct bs
{
    int a:8;
    int b:2;
    int c:6;
}data;
說明data為bs變量，共占兩個字節(jié)。其中位域a占8位，位域b占2位，位域c占6位。對于位域的定義尚有以下幾點說明：
1. 一個位域必須存儲在同一個字節(jié)中，不能跨兩個字節(jié)。如一個字節(jié)所?？臻g不夠存放另一位域時，應(yīng)從下一單元起存放該位域。也可以有意使某位域從下一單元開始。
例如：
struct bs
{
    unsigned a:4;
    unsigned :0;
    unsigned b:4;
    unsigned c:4;
}
在這個位域定義中，a占第一字節(jié)的4位，后4位填0表示不使用，b從第二字節(jié)開始，占用
4位，c占用4位。
2. 由于位域不允許跨兩個字節(jié)，因此位域的長度不能大于一個字節(jié)的長度，也就是說不能超過8位二進(jìn)位。
3. 位域可以無位域名，這時它只用來作填充或調(diào)整位置。無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;
};
從以上分析可以看出，位域在本質(zhì)上就是一種結(jié)構(gòu)類型，不過其成員是按二進(jìn)位分配的。

二、位域的使用
位域的使用和結(jié)構(gòu)成員的使用相同，其一般形式為：
位域變量名·位域名
位域允許用各種格式輸出。
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);
}
上例程序中定義了位域結(jié)構(gòu)bs，三個位域為a,b,c。說明了bs類型的變量bit和指向bs類型的指針變量pbit。這表示位域也是可以使用指針的。程序的9、10、11三行分別給三個位域賦值。( 應(yīng)注意賦值不能超過該位域的允許范圍)程序第12行以整型量格式輸出三個域的內(nèi)容。第13行把位域變量bit的地址送給指針變量pbit。第14行用指針方式給位域a重新賦值，賦為0。第15行使用了復(fù)合的位運算符"&="，該行相當(dāng)于：pbit->b=pbit->b&3位域b中原有值為7，與3作按位與運算的結(jié)果為3(111&011=011,十進(jìn)制值為3)。同樣，程序第16行中使用了復(fù)合位運算"|=".之所以要有透析基礎(chǔ)知識這么個分欄,就是告訴大家重在細(xì)節(jié)的道理,粗略的東西誰都懂,修煉內(nèi)功為高手的必經(jīng)之路.
前面的內(nèi)容存在缺陷，具體還要參考如下文章：
C99規(guī)定int、unsigned int和bool可以作為位域類型，但編譯器幾乎都對此作了擴(kuò)展，允許其它類型類型的存在。

使用位域的主要目的是壓縮存儲，其大致規(guī)則為：
1) 如果相鄰位域字段的類型相同，且其位寬之和小于類型的sizeof大小，則后面的字
段將緊鄰前一個字段存儲，直到不能容納為止；
2) 如果相鄰位域字段的類型相同，但其位寬之和大于類型的sizeof大小，則后面的字
段將從新的存儲單元開始，其偏移量為其類型大小的整數(shù)倍；
3) 如果相鄰的位域字段的類型不同，則各編譯器的具體實現(xiàn)有差異，VC6采取不壓縮方
式，Dev-C++采取壓縮方式；
4) 如果位域字段之間穿插著非位域字段，則不進(jìn)行壓縮；
5) 整個結(jié)構(gòu)體的總大小為最寬基本類型成員大小的整數(shù)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;　但實際上只用了25位，即4個字節(jié)，

（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個成員,按第一條規(guī)則,共占25位,按第五條規(guī)則,即sizeof(AA)=4
現(xiàn)把成員加到7個，參考（2）,按第一條規(guī)則,共占35位,按第五條規(guī)則,即sizeof(AA)=8,

再看一個例子：

struct test1

{

char a:1;

char :2;

long b:3;

char c:2;

};

int len = sizeof(test1);

對于上述例子，len的值應(yīng)該是12.解釋如下：　

首先以最長的類型位寬做為偏移量，最長的是long型，占4位，所以不同類型之間應(yīng)該是4個字節(jié)的偏移，即test1應(yīng)該是4字節(jié)的整數(shù)倍?！?/p>

char a：1；　//用一個字節(jié)去存儲

char ：2；　 //空域。因為與前面的a的類型相同，而兩個位域的位寬相加仍然少于8位，所以依然用1個字節(jié)表示

long b：3； //long類型的位寬是4個字節(jié)，與前面的char類型不同，所以b與a之間偏移4個字節(jié)，它們之間自動補充3個字節(jié)　

char c：2； //因為c與b又不同型，以test1中的最長的long類型的位寬進(jìn)行偏移，所以雖然char只用1個字節(jié)就夠了

//但依然要占4個字節(jié)。

總共是12字節(jié)。

///////////////////////

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

　　第一個struct s1

　　{

　　int i: 8;

　　int j: 4;

　　int a: 3;

　　double b;

　　};

　　理論上是這樣的，首先是i在相對0的位置，占8位一個字節(jié)，然后，j就在相對一個字節(jié)的位置，由于一個位置的字節(jié)數(shù)是4位的倍數(shù)，因此不用對齊，就放在那里了，然后是a，要在3位的倍數(shù)關(guān)系的位置上，因此要移一位，在15位的位置上放下，目前總共是18位，折算過來是2字節(jié)2位的樣子，由于 double是8 字節(jié)的，因此要在相對0要是8個字節(jié)的位置上放下，因此從18位開始到8個字節(jié)之間的位置被忽略，直接放在8字節(jié)的位置了，因此，總共是16字節(jié)。