C语言的位域

在C语言的结构体中,可以使用一个字节的某几位来定义一个成员,成为位域,如

struct A
{
	int a:4;
	int b:5;
	int c:7;
};


表示该结构体有三个成员,成员a占一个字节的4位,成员b占5位,成员c占7位。

关于位域在内存中的存储,有如下几个特性:

1) 如果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) 如果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,则后面的字段将从新的存储单元开始,其偏移量为其类型大小的整数倍。

3) 如果相邻的位域字段的类型不同,则各编译器的具体实现有差异,VC6采取不压缩方式,Dev-C++采取压缩方式。

4) 如果位域字段之间穿插着非位域字段,则不进行压缩。

5) 整个结构体的总大小为最宽基本类型成员大小的整数倍。


示例如下:

#include <stdio.h>

struct A
{
	int a:4;
	int b:5;
	int c:7;
};

struct B
{
	short a:4;
	short b:5;
	short c:7;
};


struct C
{
	char a:4;
	char b:5;
	char c:7;
};

struct D
{
    char  c:7;
    int   a:4;
    short b:5;
};

int main()
{
	printf("size: %d\n", sizeof(struct A)); //输出为4.成员都为整型,且位宽之和(4+5+7)小于类型大小(sizeof(int) = 4),因此成员被合并存储。又因为“整个结构体的总大小为最宽基本类型成员大小的整数倍”,因此大小为4
	printf("size: %d\n", sizeof(struct B)); //输出为2.成员为short型,且位宽之和等于类型大小,因此成员被合并存储,因此结构体大小正好为一个short型大小
	printf("size: %d\n", sizeof(struct C)); //输出为3.成员都为char型,但位宽之和大于类型大小,因此成员没有被合并存储,因此结构体大小为3
        printf("size: %d\n", sizeof(struct D)); //输出为4.成员类型不同,不进行合并,以此存储,因此大小为4

        struct D d;
        memset((void *)&d, 0, sizeof(d));
    
        d.a = 1;
        d.b = 1;
        d.c = 1;

        printf("value: %#x\n", *(int *)&d); //输出为0x881.表明成员按照字节以此存储
 }
 

查看有些资料说,位域合并时不能跨字节,而且单个位域长度不能超过8位,但是在gcc 4.3下测试,这两种情况都是可以的


说明:以上代码都是在gcc 4.3下测试,其他编译器没有测试

### C语言的使用方法和特性 #### 定义与声明 在C语言中,是一种特殊的结构体成员,允许程序员指定每个成员占用多少个二进制。这有助于更高效地管理内存资源并精确控制数据表示方式[^1]。 ```c struct bit_field { unsigned int flag : 1; // 占用1 unsigned int value : 7; // 占用7 }; ``` 上述代码片段展示了如何在一个`unsigned int`类型下分配不同的宽度给各个字段。值得注意的是,在某些情况下,编译器可能会根据目标平台的要求自动调整这些置或排列顺序[^4]。 #### 访问成员 一旦定义好带有的结构体之后,就可以像处理常规结构体那样对其进行初始化、读取或者修改其中的数据了: ```c struct bit_field example; example.flag = 1; // 设置标志为真 (即 '1') example.value = 59; // 给value赋值不超过其最大范围内的数值 printf("Flag=%u Value=%u\n", example.flag, example.value); ``` 这段程序说明了怎样创建一个名为 `bit_field` 的实例,并对其内部两个进行了简单操作。由于本质上还是属于某个基本数据类型的子集,因此对于可接受的最大最小值存在限制[^3]。 #### 编译器行为差异 当涉及到不同类型之间组合而成的复杂情况时,不同版本甚至同一款编译工具链也可能表现出不一致的行为模式。比如下面的例子就显示了一个混合字符型(`char`)和整形(`int`)作为基础类型的集合: ```c #include <stdio.h> struct mixed_bits { char a : 2; // 字符串中的 char b : 3; // 另外三个比特来自同一个字节 int c : 1; // 整形的一跨越到下一个机器字边界上去了... }; int main() { printf("Size of struct mixed_bits is %lu bytes.\n", sizeof(struct mixed_bits)); } ``` 此段代码打印出来的结果会因具体环境而异,因为标准并没有明确规定跨过多个底层单的情况应该如何处理。所以在设计涉及多类型的应用之前应当充分考虑这一点[^2]。 #### 特殊情况下的无名 除了命名好的之外,还可以设置一些未被指派名字的空间来充当间隔作用或是为了满足特定硬件需求所必需留白的地方。这类匿名条目不会参与任何实际运算过程,仅起到占效果而已: ```c struct padding_example { short data : 8; // 实际有用的八信息 short : 6; // 这里预留六个空闲不做他用 short more_data : 2; // 接下来的两置放其他东西 }; ``` 这种做法有时可以帮助开发者更好地匹配外部接口规格或者是优化存储布局以提高性能表现。
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