C 結構體位域

位域 ：  

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。位段成員必須聲明爲int、unsigned int或signed int類型（short char long）。

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     
例如：     

struct bs     
{     
int a:8;     
int b:2;     
int c:6;     
};  

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;   

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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. 若是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 :0 /*空域*/     
unsigned b:4 /*從下一單元開始存放*/     
unsigned c:4     
}     

這個位域定義中，a佔第一字節的4位，後4位填0表示不使用，b從第二字節開始，佔用4位，c佔用4位。     

2.位域的長度不能大於數據類型自己的長度，好比int類型就能超過32位二進位。

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 /*該2位不能使用*/     
int b:3     
int c:2     
};  

從以上分析能夠看出，位域在本質上就是一種結構類型， 不過其成員是按二進位分配的。     

2、位域的使用位域的使用和結構成員的使用相同，其通常形式爲： 位域變量名.位域名 位域容許用各類格式輸出。     

 

struct bs     
{     
    unsigned a:1;     
    unsigned b:3;     
    unsigned c:4;     
} bit,*pbit;     
bit.a=1;     
bit.b=7; //注意：位域的賦值不能超過該域所能表示的最大值，如b只有3位，能表示的最大數爲7，若賦爲8，就會出錯   
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);

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上例程序中定義了位域結構bs，三個位域爲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。這表示位域也是可使用指針的。 

程序的九、十、11三行分別給三個位域賦值。( 應注重賦值不能超過該位域的答應範圍)程序第12行以整型量格式輸出三個域的內容。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從新賦值，賦爲0。第15行使用了複合的位運算符"&="， 該行至關於： pbit->b=pbit->b&3位域b中原有值爲7，與3做按位與運算的結果爲3(111&011=011,十進制值爲 3)。一樣，程序第16行中使用了複合位運算"="， 至關於： pbit->c=pbit->c1其結果爲15。程序第17行用指針方式輸出了這三個域的值。 

咱們再來看看下面兩個結構體定義：

struct foo2 {
char    a : 2;
char    b : 3;
char    c : 1;
};

struct foo3 {
char    a : 2;
char    b : 3;
char    c : 7;
};

咱們來打印一下這兩個結構體的大小，咱們獲得的結果是：
sizeof(struct foo2) = 1
sizeof(struct foo3) = 2
顯然都不是咱們指望的，若是按照正常的內存對齊規則， 這兩個結構體大小均應該爲3纔對，那麼問題出在哪了呢？首先經過這種現象咱們能夠確定的是：帶有'位域'的結構體並非按照每一個域對齊的，而是將一些位域 成員'捆綁'在一塊兒作對齊的。以foo2爲例，這個結構體中全部的成員都是char型的，並且三個位域佔用的總空間爲6 bit < 8 bit(1 byte)，這時編譯器會將這三個成員'捆綁'在一塊兒作對齊，而且以最小空間做代價，這就是爲何咱們獲得sizeof(struct foo2) = 1這樣的結果的緣由了。再看看foo3這個結構體，同foo2同樣，三個成員類型也都是char型，可是三個成員位域所佔空間之和爲9 bit > 8 bit(1 byte)，這裏位域是不能跨越兩個成員基本類型空間的，這時編譯器將a和b兩個成員'捆綁'按照char作對齊，而c單獨拿出來以char類型作對齊， 這樣實際上在b和c之間出現了空隙，但這也是最節省空間的方法了。咱們再看一種結構體定義：

struct foo4 {
char    a : 2;
char    b : 3;
int c : 1;
};

在foo4中雖然三個位域所佔用空間之和爲6 bit < 8 bit(1 byte)，可是因爲char和int的對齊係數是不一樣的，是不能捆綁在一塊兒，那是否是a、b捆綁在一塊兒按照char對齊，c單獨按照int對齊呢？咱們 打印一下sizeof(struct foo4)發現結果爲8，也就是說編譯器把a、b、c一塊兒捆綁起來並以int作對齊了。就是說不夠一個類型的size時，將按其中最大的那個類型對齊。此 處按int對齊。

C99規定int、unsigned int和bool能夠做爲位域類型，但編譯器幾乎都對此做了擴展，
容許其它類型類型的存在。
使用位域的主要目的是壓縮存儲，其大體規則爲：

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，Dev-C++，GCC採起壓縮方式； 4) 若是位域字段之間穿插着非位域字段，則不進行壓縮； 5) 整個結構體的總大小爲最寬基本類型成員大小的整數倍。

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 

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第一個結構體中，i，j，a共佔15個位，不足8個字節，按double 8字節對齊，共16字節

第二個結構體中，i，j共佔12位，不足8字節，按8字節對齊，a也按8字節對齊，加上double共8+8+8=24個字節