[轉]C結構體之位域（位段）

有些信息在存儲時，並不須要佔用一個完整的字節， 而只需佔幾個或一個二進制位。例如在存放一個開關量時，只有0和1 兩種狀態， 用一位二進位便可。爲了節省存儲空間，並使處理簡便，C語言又提供了一種數據結構，稱爲「位域」或「位段」。所謂「位域」是把一個字節中的二進位劃分爲幾個不一樣的區域， 並說明每一個區域的位數。每一個域有一個域名，容許在程序中按域名進行操做。 這樣就能夠把幾個不一樣的對象用一個字節的二進制位域來表示。
1、位域的定義和位域變量的說明位域定義與結構定義相仿，其形式爲：

struct 位域結構名 
{

 位域列表

};

其中位域列表的形式爲：

類型說明符 位域名：位域長度

位域變量的說明與結構變量說明的方式相同。 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爲bs變量，共佔兩個字節。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如下幾點說明：

1. 一個位域必須存儲在同一個字節中，不能跨兩個字節。如一個字節所剩空間不夠存放另外一位域時，應從下一單元起存放該位域。也能夠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. 因爲位域不容許跨兩個字節，所以位域的長度不能大於一個字節的長度。

3. 位域能夠無位域名，這時它只用來做填充或調整位置。無名的位域是不能使用的。例如：

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

2、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，當時作錯了，爲了怕忘了，趕忙寫下來。

#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
-16
1

解析：在默認狀況下，爲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數的時候，便以結構體裏面最長的元素爲對其單位，即結構體的長度必定是最長的數據元素的整數倍；若是有結構體內存長度大於處理器位數的元素，那麼就以處理器的位數爲對齊單元。因爲是32位處理器，並且結構體中a和b元素類型均爲int（也是4個字節），因此結構體的A佔用內存爲4個字節。

上例程序中定義了位域結構A，兩個個位域爲a（佔用5位），b（佔用3位），因此a和b總共佔用告終構A一個字節（低位的一個字節）。

當程序運行到14行時，d內存分配狀況：

高位 00110100 00110011   00110001    00110000 低位
       '4'       '3'       '1'          '0'  
 其中d.a和d.b佔用d低位一個字節（00110000）,d.a : 10000, d.b : 001

d.a內存中二進制表示爲10000，因爲d.a爲有符號的整型變量，輸出時要對符號位進行擴展，因此結果爲-16（二進制爲11111111111111111111111111110000）

 d.b內存中二進制表示爲001，因爲d.b爲有符號的整型變量，輸出時要對符號位進行擴展，因此結果爲1（二進制爲00000000000000000000000000000001）

 3、位域的對齊

　　若是結構體中含有位域(bit-field)，那麼VC中準則是：

　　1) 若是相鄰位域字段的類型相同，且其位寬之和小於類型的sizeof大小，則後面的字段將緊鄰前一個字段存儲，直到不能容納爲止；

　　2) 若是相鄰位域字段的類型相同，但其位寬之和大於類型的sizeof大小，則後面的字段將重新的存儲單元開始，其偏移量爲其類型大小的整數倍；

　　3) 若是相鄰的位域字段的類型不一樣，則各編譯器的具體實現有差別，VC6採起不壓縮方式（不一樣位域字段存放在不一樣的位域類型字節中），Dev-C++和GCC都採起壓縮方式；

　　系統會先爲結構體成員按照對齊方式分配空間和填塞（padding）,而後對變量進行位域操做。

 

 

原文連接：

C結構體之位域（位段）