C语言中利用结构体、位域、联合体实现位操作

本文介绍如何通过共用体(union)和位域技术在不支持位操作的MCU上模拟51单片机的位操作特性。

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写过51(MCU)程序的童鞋都知道51可以实现位操作。而很多其他架构的MCU不支持该特性,有没有什么办法可以模拟该特性呢,找了若干资料后得到本文中的方案。

名词解释:

共用体(union)表示几个变量共用一个内存位置,在不同的时间保存不同的数据类型和不同长度的变量。在union中,所有的共用体成员共用一个空间,并且同一时间只能储存其中一个成员变量的值。

结构体(struct)是由一系列具有相同类型或不同类型的数据构成的数据集合,也叫结构。

位域是指信息在存储时,并不需要占用一个完整的字节, 而只需占几个或一个二进制位。


在程序中定义一个共用体(union):

typedef union FLAG
{
	DWORD flags;
	struct
	{
		unsigned int flag_bit0:2;
		unsigned int flag_bit1:2;
		unsigned int flag_bit2:2;
		unsigned int flag_bit3:2;
		unsigned int flag_bit4:2;
		unsigned int flag_bit5:2;
		unsigned int flag_bit6:2;
		unsigned int flag_bit7:2;
		unsigned int flag_bit8:2;
		unsigned int flag_bit9:2;
		unsigned int flag_bit10:2;
		unsigned int flag_bit11:2;
		unsigned int flag_bit12:2;
		unsigned int flag_bit13:2;
		unsigned int flag_bit14:2;
		unsigned int flag_bit15:2;
		
	}bit;
}Flag;


### C语言结构体的使用方法特性 #### 的基本概念 在C语言中,(Bit Fields)是一种特殊的数据结构,它允许程序员在一个字节内定义多个二进制字段。这使得可以在有限的空间内存储多个布尔值或枚举值[^1]。 #### 定义的方式 通过在结构体内声明成员变量并指定其宽度来实现。基本语法如下: ```c struct { unsigned int member1 : n1; unsigned int member2 : n2; } yourStructName; ``` 其中 `unsigned int` 表示成员的数据类型,可以是 `signed int`, `unsigned int` 或 `_Bool`;而冒号后的数字指定了该成员占据多少个比特[^4]。 #### 实际应用案例 下面是一个具体的例子展示了如何创建包含不同长度结构体: ```c typedef struct _net_pro_cdu { unsigned char acs : 4; // 占用前四 unsigned char : 0; // 不占任何, 起分隔作用 unsigned char ace : 4; // 接着占用后面的四个置 unsigned char dve : 4; // 新的一组四比特序列 } Ncdu; ``` 这里定义了一个名为Ncdu的新类型,内部有三个分别占有4bit空间的成员acs、ace以及dve,并且还有一个匿名零宽用来强制结束当前字节边界上的填充[^3]。 #### 平台依赖性与移植注意事项 值得注意的是,尽管能够有效地利用内存资源,但由于编译器之间存在差异,对于相同代码片段所产生的实际布局可能有所不同。这意味着当涉及到跨平台开发时,应当特别注意确保程序逻辑不会受到这种不确定性的负面影响[^2]。 #### 组合运用——联合体配合 除了单独作为结构体的一部分外,还可以将与其他高级特性结合起来使用。比如把放在联合体内可以让同一块物理地址既能按整体读写又能逐位操作,从而进一步增强了灵活性[^5]。
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