19_09_13 关于c语言中位域的理解

在实际接触的C语言项目中，我们会发现很多时候都用到了位域。初次听到时可能有些模糊，但其实是很好理解的，以下是经过参考各类资料和大牛的说法后本人对位域的一些理解。
如有问题，欢迎告知，感谢之至。

1.什么是位域？

简单的理解，就是“按位存储”。
实际在c语言中，不同的编译器下，我们对各种类型的变量进行不同字节的存储。百度百科对字节是这么说明的：最常用的字节是八位的字节，即它包含八位的二进制数。（有兴趣的小伙伴们可以自行了解）。这里可简单理解为基本上每个字节都是占8位。
但是有时候我们所需要使用的位数并不需要那么多，比如：开关变量我们设置开为1，关为0，其实只要用一位二进制位就能够实现。因此为了节约存储空间和使处理起来方便。我们便把一个字节分开来，形成不同大小的位域，每个位域有一个域名。这样就可以实现将不同的对象用一个字节来存储。

2.怎么定义位域？

位域的定义类似于结构体的定义（好几种，可参考结构体的定义及声明)。
结构体的一种定义形式为：
struct 结构体名
{
结构体成员列表；
}；

类似于此，位域也可定义为：
struct 位域名
{
位域列表；
}；
位域列表的定义形式为：
类型说明符 位域名：位域长度；
需要注意的是，位域名后面用“：”（冒号）

3.一个字节中各个位域的位置顺序？

即我们在同一个字节里定义位域的时候，是按照从低到高位，还是从高到低位来存储的呢？我们来做一个实验。

#include<stdio.h>
union o{
		struct{
			unsigned char a1:2;
			unsigned char a2:2;
			unsigned char a3:2;
			unsigned char a4:2;
		}in;
		unsigned char test;
	}out;
	
int main(){
	out.test=228;     //二进制为11100100
	printf("a1:%d\n",out.in.a1);
	printf("a2:%d\n",out.in.a2);
	printf("a3:%d\n",out.in.a3);
	printf("a4:%d\n",out.in.a4);
	printf("size:%d\n",sizeof(out));
	return 0;
} 

在联合体out内定义结构体in和变量test，使他们在同样内存里存储。设置无符号char型变量test值为228，其二进制数为11100100，然后分别输出：

发现对应关系如下：

进制	a4	a3	a2	a1
十进制	3	2	1	0
二进制	11	10	01	00

也就是说，按照我们定义的顺序，再同一个字节里面，是从低位到高位开始存储的。¹

4.跨字节位域的存储？

在当前字节所含位数少于我们所需要的位数时，又是怎么存储的呢？我们先来看两段段代码：

#include<stdio.h>
struct ab{
	unsigned char a:2;
	unsigned char b:4;
}aa;
;
int main(){
	printf("%d\n",sizeof(aa));
	return 0;
} 

这是我们在同一个字节里未超出一个字节时，输出是：

#include<stdio.h>
struct ab{
	unsigned char a:2;
	unsigned char b:4;
	unsigned char c:4;
	
}aa;
;
int main(){
	printf("%d\n",sizeof(aa));
	return 0;
} 

这是超过了一个字节所含位数时，输出是：

可以发现，当当前的字节存不下时，会从下一个字节开始。且字节大小为位域中最长字节的整数倍。
为了更好理解，当我们把代码改成如下时：

#include<stdio.h>
struct aa{
	unsigned char a:2;
	unsigned char b:4;
	unsigned int c:4;
}aa;
int main(){
	printf("%d\n",sizeof(aa));
	return 0;
} 

会出现这样的结果：

这是为什么呢？其实，与结构体类似，位域也需要遵循内存对齐的原则。我们首先考虑类型所占用的字节，总的字节大小是最大对齐数的整数倍，所以是4的整数倍。然后才考虑实际每个字节里面具体位域分布（关于结构体的内存对齐感兴趣的可以自行了解）。

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1. 参考地址：https://www.cnblogs.com/maowang1991/p/3656072.html ↩︎