C結構體之位域（位段）

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有些資訊在儲存時，並不需要佔用一個完整的位元組， 而只需占幾個或一個二進位位。例如在存放一個開關量時，只有0和1 兩種狀態， 用一位二進位即可。為了節省儲存空間，並使處理簡便，C語言又提供了一種資料結構，稱為“位域”或“位段”。所謂“位域”是把一個位元組中的二進位劃分為幾個不同的地區， 並說明每個地區的位元。每個域有一個網域名稱，允許在程式中按網域名稱進行操作。 這樣就可以把幾個不同的對象用一個位元組的二進位位域來表示。
一、位域的定義和位域變數的說明

位域定義與結構定義相仿，其形式為： 

struct 位域結構名 { 位域列表};

其中位域列表的形式為：

類型說明符 位網域名稱：位域長度

位域變數的說明與結構變數說明的方式相同。 可採用先定義後說明，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變數，共佔兩個位元組。其中位域a佔8位，位域b佔2位，位域c佔6位。對於位域的定義尚有以下幾點說明：

1. 一個位域必須儲存在同一個位元組中，不能跨兩個位元組。如一個位元組所剩空間不夠存放另一位域時，應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 b:5 /*從下一單元開始存放*/    unsigned c:4}

2. 由於位域不允許跨兩個位元組，因此位域的長度不能大於一個位元組的長度。

3. 位域可以無位網域名稱，這時它只用來作填充或調整位置。無名的位域是不能使用的。例如：

struct k{    int a:1    int :2 /*無位網域名稱，該2位不能使用*/    int b:3    int c:2}; 

二、位域的使用

下面例子是參加一個公司（白領科技-青島）的筆試遇到的，當時做錯了，為了怕忘了，趕緊寫下來。

#include <iostream>#include <memory.h>using namespace std;struct A{    int a:5;    int b:3;};int main(void){    char str[100] = "0134324324afsadfsdlfjlsdjfl";        struct A d;    memcpy(&d, str, sizeof(A));    cout << d.a << endl;    cout << d.b << endl;    return 0;}

在32位x86機器上輸出：

$ ./langxun.exe-161

解析：在預設情況下，為了方便對結構體內元素的訪問和管理，當結構體內的元素長度都小於處理器的位元的時候，便以結構體裡面最長的元素為對其單位，即結構體的長度一定是最長的資料元素的整數倍；如果有結構體記憶體長度大於處理器位元的元素，那麼就以處理器的位元為對齊單元。由於是32位處理器，而且結構體中a和b元素類型均為int（也是4個位元組），所以結構體的A佔用記憶體為4個位元組。

上常式序中定義了位域結構A，兩個個位域為a（佔用5位），b（佔用3位），所以a和b總共佔用了結構A一個位元組（低位的一個位元組）。

當程式運行到14行時，d記憶體配置情況：

 高位 00110100 00110011   00110001    00110000 低位       ‘4‘       ‘3‘       ‘1‘          ‘0‘   其中d.a和d.b佔用d低位一個位元組（00110000）,d.a : 10000, d.b : 001

d.a記憶體中二進位表示為10000，由於d.a為有符號的整型變數，輸出時要對符號位進行擴充，所以結果為-16（二進位為11111111111111111111111111110000）

 d.b記憶體中二進位表示為001，由於d.b為有符號的整型變數，輸出時要對符號位進行擴充，所以結果為1（二進位為00000000000000000000000000000001）

 三、位域的對齊

　　如果結構體中含有位域(bit-field)，那麼VC中準則是：

　　1) 如果相鄰位域欄位的類型相同，且其位寬之和小於類型的sizeof大小，則後面的欄位將緊鄰前一個欄位儲存，直到不能容納為止；

　　2) 如果相鄰位域欄位的類型相同，但其位寬之和大於類型的sizeof大小，則後面的欄位將從新的儲存單元開始，其位移量為其類型大小的整數倍；

　　3) 如果相鄰的位域欄位的類型不同，則各編譯器的具體實現有差異，VC6採取不壓縮方式（不同位域欄位存放在不同的位域類型位元組中），Dev-C++和GCC都採取壓縮方式；

　　系統會先為結構體成員按照對齊分配空間和填塞（padding）,然後對變數進行位網域作業。

 

自己也寫了一段簡單的代碼測試了一下,

 

#include "stdafx.h"struct ch1{    int a:1;    int b:2;    int c:5;}data1;struct ch2{    char a:8;    unsigned char b:7;    char c:6;    char d:3;    char e:2;    unsigned char f:1;    int g;}data2;　　//不加位域要佔用12個位元組struct ch3{    char a;    char b;    char c;    char d;    char e;    char f;    int g;}data3;int main(int argc, char* argv[]){    data2.f = 0x3;    data2.b = 0xff;    printf("Hello World!\n");    printf("size of data1=%d data2=%d data3=%d\n",sizeof(data1),sizeof(data2),sizeof(data3));    printf("data2.f=%x,data2.b=%x\n",data2.f,data2.b);    return 0;}

 

列印結果,

Hello World!size of data1=4 data2=8 data3=12data2.f=1,data2.b=7f

 

C結構體之位域（位段）