C语言(位域)

博客介绍了C语言中的位域。在编程开发中,为节省内存空间和简化处理,C语言提供了位域这一数据结构。位域允许在结构体中以位为单位指定成员长度,成员只能是int、unsigned int、signed int类型。

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一、位域

因为在编程开发中,有时候不需要占用一根完整的字节,只需要使用几个bit或者一个bit,所以使用位域就是来节省内存空间的,并且能简单处理。
例如单片机开发中的开关只有通电和断电两种状态,用 0 和 1 表示就可以了,也就是用一个二进位。基于节省内存空间的考虑,C语言提供了一种叫做位域的数据结构。

二、位域定义

允许在一个结构体中以位为单位来指定其成员长度,这种以位为单位的结构体成员称为“位段”或者“位域”。位域只能是int、unsigned int、signed int类型。int默认是有符号整型(signed)。

位域列表的形式:
    类型说明符  位域名:位域长度
(定义一个位域abc,包含3个位域成员a、b和c)
    struct  abc
    {
      unsigned int a:22;//占22位
      unsigned int b:11;//占11位
      unsigned int c:22;//占6位
    }data;
//data为bs变量,占用两个字节
//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一位域时,
//应从下一单元起存放该位域。也可以有意使某位域从下一单元开始。

代码验证

#include<stdio.h>

typedef unsigned char      uint8_t;
typedef struct test
{//总共33个bit,4个字节不够,再开4个字节
        int  a: 10;
        int b: 10;
        int c : 13;

}test;

#define LEN(aa)  sizeof(aa)
int main()
{

        printf("length of test:%ld\n",LEN(test));
        printf("length of uint8_t:%ld\n",LEN(uint8_t));
        printf("length of int:%ld\n",LEN(int));

}


输出结果:
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

#include<stdio.h>

typedef unsigned char      uint8_t;
typedef struct test
{
//总共30个bit,即4个字节
        int  a: 10;
        int b: 10;
        int c : 10;

}test;

#define LEN(aa)  sizeof(aa)
int main()
{

        printf("length of test:%ld\n",LEN(test));
        printf("length of uint8_t:%ld\n",LEN(uint8_t));
        printf("length of int:%ld\n",LEN(int));

}

输出结果:
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

在这里插入代码片
### 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; // 字符串中的两 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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