[转]C结构体之位域（位段）

有些信息在存储时，并不须要占用一个完整的字节， 而只需占几个或一个二进制位。例如在存放一个开关量时，只有0和1 两种状态， 用一位二进位便可。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一样的区域， 并说明每一个区域的位数。每一个域有一个域名，容许在程序中按域名进行操做。 这样就能够把几个不一样的对象用一个字节的二进制位域来表示。
1、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

位域变量的说明与结构变量说明的方式相同。 可采用先定义后说明，同时定义说明或者直接说明这三种方式。例如：

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

说明data为bs变量，共占两个字节。其中位域a占8位，位域b占2位，位域c占6位。对于位域的定义尚有如下几点说明：

1. 一个位域必须存储在同一个字节中，不能跨两个字节。如一个字节所剩空间不够存放另外一位域时，应从下一单元起存放该位域。也能够有意使某位域从下一单元开始。例如：

struct bs
{
    unsigned a:4
    unsigned b:5 /*从下一单元开始存放*/
    unsigned c:4
}

2. 因为位域不容许跨两个字节，所以位域的长度不能大于一个字节的长度。

3. 位域能够无位域名，这时它只用来做填充或调整位置。无名的位域是不能使用的。例如：

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

2、位域的使用

下面例子是参加一个公司（白领科技-青岛）的笔试遇到的，当时作错了，为了怕忘了，赶忙写下来。

#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机器上输出：

$ ./langxun.exe
-16
1

解析：在默认状况下，为了方便对结构体内元素的访问和管理，当结构体内的元素长度都小于处理器的位数的时候，便以结构体里面最长的元素为对其单位，即结构体的长度必定是最长的数据元素的整数倍；若是有结构体内存长度大于处理器位数的元素，那么就以处理器的位数为对齐单元。因为是32位处理器，并且结构体中a和b元素类型均为int（也是4个字节），因此结构体的A占用内存为4个字节。

上例程序中定义了位域结构A，两个个位域为a（占用5位），b（占用3位），因此a和b总共占用告终构A一个字节（低位的一个字节）。

当程序运行到14行时，d内存分配状况：

高位 00110100 00110011   00110001    00110000 低位
       '4'       '3'       '1'          '0'  
 其中d.a和d.b占用d低位一个字节（00110000）,d.a : 10000, d.b : 001

d.a内存中二进制表示为10000，因为d.a为有符号的整型变量，输出时要对符号位进行扩展，因此结果为-16（二进制为11111111111111111111111111110000）

 d.b内存中二进制表示为001，因为d.b为有符号的整型变量，输出时要对符号位进行扩展，因此结果为1（二进制为00000000000000000000000000000001）

 3、位域的对齐

　　若是结构体中含有位域(bit-field)，那么VC中准则是：

　　1) 若是相邻位域字段的类型相同，且其位宽之和小于类型的sizeof大小，则后面的字段将紧邻前一个字段存储，直到不能容纳为止；

　　2) 若是相邻位域字段的类型相同，但其位宽之和大于类型的sizeof大小，则后面的字段将重新的存储单元开始，其偏移量为其类型大小的整数倍；

　　3) 若是相邻的位域字段的类型不一样，则各编译器的具体实现有差别，VC6采起不压缩方式（不一样位域字段存放在不一样的位域类型字节中），Dev-C++和GCC都采起压缩方式；

　　系统会先为结构体成员按照对齐方式分配空间和填塞（padding）,而后对变量进行位域操做。

 

 

原文连接：

C结构体之位域（位段）