C语言结构体位域的使用技巧（联合体妙用）

最新推荐文章于 2025-03-15 09:51:51 发布

彦祖学嵌入

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文章标签： c语言驱动开发 linux

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C语言结构体位域的使用技巧

基本概念

在C语言中，位域（Bit Fields）是一种数据结构，它允许程序员访问内存中的单个位。位域通常用于硬件编程，例如嵌入式系统开发，因为它们允许程序员直接访问和控制硬件寄存器的特定位。位域在不同的编译器和平台上可能会有不同的内存对齐和打包行为，因此在移植代码时需要小心。

基本语法

```
struct {
    unsigned int member1 : n1;
    unsigned int member2 : n2;
    // ... 可以继续添加更多的位域成员
} yourStructName;
```
- unsigned int 表示位域成员的数据类型，通常是 unsigned int，但也可以是 signed int 或 _Bool。
- member1 和 member2 是位域成员的名称。
- : n1 和 : n2 指定了每个成员所占用的位数，n1 和 n2 是介于1到数据类型大小之间的整数。
位域成员可以是无符号的或有符号的，取决于它们前面的关键字 unsigned 或 signed。如果省略了这些关键字，位域默认为无符号。

位域成员的总位数不能超过它们所属的数据类型的大小。例如，如果使用 unsigned int（通常是32位），则所有位域成员的位数总和不能超过32位。

举例

#include <stdio.h>

struct BitField {
    unsigned int is_enabled : 1;   // 占用1位
    unsigned int has_data   : 1;   // 占用1位
    unsigned int error_code : 6;   // 占用6位
    unsigned int mode       : 2;   // 占用2位
    unsigned int reserved   : 22;  // 占用22位，通常用于对齐或保留
};

int main() {
    struct BitField myBitField;
    myBitField.is_enabled = 1;
    myBitField.has_data = 0;
    myBitField.error_code = 31; // 只有最低6位会被使用
    myBitField.mode = 3;

    printf("is_enabled: %d\n", myBitField.is_enabled);
    printf("has_data: %d\n", myBitField.has_data);
    printf("error_code: %d\n", myBitField.error_code);
    printf("mode: %d\n", myBitField.mode);

    return 0;
}

但是

嵌入式一般在搞寄存器的时候会用到位域，像上面这个例子，但是我没法把 myBitField 这个结构体当成数值来用，除非用指针强转，但是这个行为存在危险性。那么怎么搞？嘿嘿，整个联合体就好了。

typedef union {
    struct {
        unsigned int is_enabled : 1;   // 占用1位
    	unsigned int has_data   : 1;   // 占用1位
    	unsigned int error_code : 6;   // 占用6位
    	unsigned int mode       : 2;   // 占用2位
    	unsigned int reserved   : 22;  // 占用22位，通常用于对齐或保留
    } Bits;
    unsigned int  Value;
} Super;