C进阶_位段-优快云博客

位段是C语言中一种特殊的结构体，用于节省内存，其成员占用比特位而非字节。位段的内存分配根据成员所需比特位进行，但具体如何分配和使用剩余位由编译器决定，因此不跨平台。在32位系统下，尽管structA有四个int成员，其大小仅为8字节，因为成员只占用必要的比特位。位段常在网络数据传输等场景中用于高效编码，但需注意其不可移植性。

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什么是位段

位段的声明和结构体是类似的，有两个不同：

1.位段的成员必须是int、unsigned int或signed int。

2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

比如：

struct A
{
    int _a : 2;
    int _b : 5;
    int _c : 10;
    int _d : 30;
};

当一个结构体的成员后加上冒号和数字的时候就是位段了。_a_b_c_d都属于位段式的成员。

那么2、5、10、30又代表什么？是什么意思？

现在来计算下A的大小。

#include <stdio.h>
struct A
{
    int _a : 2;
    int _b : 5;
    int _c : 10;
    int _d : 30;
};
int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(struct A));
	return 0;
}

可以得到输出结果是8：

结构体A中明明是四个整型变量，根据结构体对齐原则（http://t.csdn.cn/kDiR3），它的大小位16才对，那为什么输出结果是8？

要知道，位段中的位是指二进制的位。也就是说，_a占两个二进制位，_b占5个二进制位，_c占10个二进制位，_d占30个二进制位。

32位平台下，一个int型占4个字节，32个比特位。而事实上，有时候如果要表达清楚这个成员所表达的意思，4个比特位就够了，没必要用32个比特位。

在结构体A中，四个变量虽然都是int型，但它们在创建时，只占用了数值所对应的比特位大小。

可以理解为阉割版的int。

它的用处和结构体几乎一模一样，但是比结构体更节省空间。

位段的内存分配

1. 位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char （属于整形家族）类型。

2. 位段的空间是按照需要以4个字节（ int ）或者1个字节（ char ）的方式来开辟的。

3. 位段涉及很多不确定因素，位段是不跨平台的，注重可移植的程序应该避免使用位段。

仍以struct A为示例，演示位段的内存分配：

在为_a开辟空间时，开辟了4个字节的空间，也就是32个比特位。_a占用了两个比特位，剩下30个比特位。_b又占用了5个比特位，剩下25个比特位。_c占用了10个比特位，剩下了15个比特位。

_d占用30个比特位，而现在只剩下了15个比特位，那么就要再开辟4个字节的空间。

那么问题来了，先前剩下的15个比特位能否被_d利用？还是说_d的30个比特位占用新开辟的空间？

这取决于编译器。C语言标准并没有作出明确规定。

先前提到过：

位段涉及很多不确定因素，位段是不跨平台的，注重可移植的程序应该避免使用位段。

如果想跨平台，那么使用位段是致命错误。

博主用的IDE是Visual Studio 2019，现在能做的是探索在Visual Studio 2019下它是怎么分配内存的。

现在在Visual Studio 2019上验证下位段的内存开辟和使用。

请看例子：

struct S
{
	char a : 3;
	char b : 4;
	char c : 5;
	char d : 4;
};
int main()
{
	struct S s = { 0 };
	s.a = 10;
	s.b = 12;
	s.c = 3;
	s.d = 4;
	return 0;
}

在为a开辟空间时，由于是char类型，就要开辟一个字节大小的空间。也就是8个比特位。

但是C语言没有规定是从高位往低位使用还是从低位往高位使用比特位，取决于编译器。

这里假定是从低位往高位使用。

在main函数中，a被赋值10，10的二进制形式是1010。但是在位段中只为a开辟了3个比特位的大小。

那么a中存放的只有010。

然后是b，它使用了4个比特位。12的二进制形式是1100，可以完整存储12。

此时刚刚开辟的空间就剩1个比特位了，而c需要5个比特位。

那么就再向内存申请8个比特位。

c占用5个比特位。c的值是3，二进制形式是11，可以完整存放。

存进去后，还剩3个比特位。

由于d需要4个比特位，那这时就再开辟一块8个比特位的空间。

此时，这三个内存块，对应的值分别是62、03、04。

现在进行调试，并对s进行监视，可以看到62、03、04就存储在内存中：

再去计算s的大小：

#include <stdio.h>
struct S
{
	char a : 3;
	char b : 4;
	char c : 5;
	char d : 4;
};
int main()
{
	struct S s = { 0 };
	s.a = 10;
	s.b = 12;
	s.c = 3;
	s.d = 4;
	printf("%d\n", sizeof(s));
	return 0;
}