位域和sizeof

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#struct #gcc #测试

本文探讨了C语言中使用位字段时出现的不同打印结果现象。通过两个不同结构体的例子，展示了unsigned位字段在不同长度下的表现差异及如何正确显示其值。

为什么打印出来的结果是不一样的,unsigned   field3给定不同的位字段打印出来的值不一样,而且既然声明为unsigned   field3为什么按%d打出来还是-4?而sizeof(struct   BitField)的值始终是8,我是在gcc下测试的.  
   
  #include   <stdio.h>  
   
  struct   BitField   {  
          int   field1   :   10;  
          signed   field2   :   8;  
          unsigned   field3   :   24;  
  };  
   
  struct   Bit   {  
          int   field1   :   10;  
          signed   field2   :   8;  
          unsigned   field3   :   32;  
  };  
   
  int   main(void)  
  {  
          struct   BitField   bitfiled;  
          struct   Bit   bit;  
           
          bitfiled.field1   =   -5;  
          bitfiled.field2   =   -3;  
          bitfiled.field3   =   -4;  
          printf("bitfiled.field1   =   %d,   bitfiled.field2   =   %d,   bitfiled.field3   =   %ul/n",    
                          bitfiled.field1,   bitfiled.field2,   bitfiled.field3);  
          printf("sizeof(struct   BitField)   =   %d/n",   sizeof(struct   BitField));  
                                   
          bit.field1   =   -5;  
          bit.field2   =   -3;  
          bit.field3   =   -4;  
          printf("/nbit.field1   =   %d,   bit.field2   =   %d,   bit.field3   =   %ul",    
                          bit.field1,   bit.field2,   bit.field3);  
          printf("/nbit.field1   =   %d,   bit.field2   =   %d,   bit.field3   =   %d/n",    
                          bit.field1,   bit.field2,   bit.field3);  
          printf("sizeof(struct   Bit)   =   %d/n",   sizeof(struct   Bit));  
           
           
          return   0;  
  }  
   
  =======================================================  
   
  执行结果:  
   
  bitfiled.field1   =   -5,   bitfiled.field2   =   -3,   bitfiled.field3   =   16777212l  
  sizeof(struct   BitField)   =   8  
   
  bit.field1   =   -5,   bit.field2   =   -3,   bit.field3   =   4294967292l  
  bit.field1   =   -5,   bit.field2   =   -3,   bit.field3   =   -4  
  sizeof(struct   Bit)   =   8

 

C++ 涉及到位域的sizeof
MISAYAONE的博客
05-08 1263
位域的几项准则： 1：如果相邻位域字段的类型相同，且其位域宽度之和小于类型的sizeof大小，则后面的位域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，且其位域宽度之和大于类型的sizeof大小，则后面的位域将从新的存储单元开始，且其偏移量为其类型大小的整数倍 3：如果相邻位域字段的类型不相同，则各编译器的实现方式不同，VC6采取不压缩的方式，DEV_C++采取压缩
C++中位域对sizeof的影响
TechCraze的博客
08-22 164
需要注意的是，位域对sizeof的影响并不总是可预测的。例如，在某些体系结构中，位域可能是按照它们定义的顺序排列的，而在其他体系结构中则可以以任意顺序排列。C++中的位域是一种特殊的数据结构，它允许在单个字节中存储多个小的字段。上述代码中，我们定义了四个位域：field1占用1位，field2占用2位，field3占用3位，field4占用8位。例如，结构体中不同位域的对齐方式可能不同，这可能会产生意想不到的结果。此外，由于位域使用较少，一些编译器可能不支持某些位域特性（例如，指定位域的宽度）。
含位域结构体的sizeof
ljx0305的专栏
05-08 847
使用位域的主要目的是压缩存储，其大致规则为：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
位域与sizeof
aoeau1474的博客
09-22 294
转自http://blog.youkuaiyun.com/zhangboyj/article/details/6201856，一转再转，不知道源头在哪里…… ================================================================ 从问题开始 #includevoid main(){　　union　　{　　　　struct　　　　{　　　...
位域的sizeof
weixin_30349597的博客
07-08 206
使用位域的主要目的是压缩存储，其大致规则为： 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，...
位域的sizeof问题
EmilSinclair4391的博客
02-26 614
原文地址：http://blog.chinaunix.net/uid-15740373-id-148202.html
sizeof与位域的巧妙运用
在C和C++中，`sizeof`是一个重要的运算符，用于获取数据类型或变量的大小。通过`sizeof`可以精确计算出各种数据类型所占用的字节数，便于内存管理和优化。例如，通过`sizeof(int)`可以获取`int`类型的大小，通常是4...
C语言：--位域和内存对齐
网易搬砖头
12-06 580
这节写点什么，就写位域和内存对齐吧。位域位域是指信息在保存时，并不需要占用一个完整的字节，而只需要占几个或一个二进制位。为了节省空间，C语言提供了一种数据结构，叫“位域”或“位段”。“位...
【C语言】结构体位域
xiaoxiaoguailou的博客
12-05 4178
文章目录（一） 位域（二）举例说明（三）主要用途（四）看清区别，理解本质（五）匿名位域（六）只要是结构体，就要遵循内存对齐 （一） 位域 有些数据在存储时并不需要占用一个完整的字节，只需要占用一个或几个二进制位即可。例如开关只有通电和断电两种状态，用 0 和 1 表示足以，也就是用一个二进位。正是基于这种考虑，C语言又提供了一种叫做位域的数据结构。 注：其中位域的值不能超过该数据类型的最大二进制位个数，例char 一字节（8位），意味着位域的值<=8 （二）举例说明 #include <stdi
C中的位域与sizeof
haolexiao的专栏
12-08 1278
位域这个实在是太罕见了，今天第一次才碰见，居然不认识，只好查了一下，发现居然是个古老的C里面的东西，估计是当年为了节约空间搞出来的奇奇怪怪的东西。 定义struct s1 { int i: 8; int j: 4; int a: 3; }a; a.i = 5; a.j = 14; 这样i就只有8位(8 bits)，j有4位，a有3位然后位域有一个奇怪的sizeof问题，其储存
sizeof详解、类的大小、内存对齐、位域
麦田里的码农
11-02 2161
概述sizeof这个知识点几乎是程序员找工作笔试必考的题目。已经遇到过几次，深受其害，有必要总结一下了。 sizeof是C/C++中的关键字，它是一个运算符，其作用是取得一个对象(数据类型或者数据对象)的内存长度(以byte为单位)。其中类型包含基本数据类型(不包括void)、用户自定义类型(结构体、类)、函数类型。数据对象是指用前面提到的类型定义的普通变量和指针变量(包含void指针)。不同类型
c语言 位域 sizeof,含位域结构体的sizeof
weixin_35843410的博客
05-19 239
使用位域的主要目的是压缩存储，其大致规则为：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语言sizeof怎么计算位域,详解C++ sizeof（下）
weixin_42407739的博客
05-20 681
sizeof作用于基本数据类型，在特定的平台和特定的编译器中，结果是确定的，如果使用sizeof计算构造类型：结构体、联合体和类的大小时，情况稍微复杂一些。1.sizeof计算结构体考察如下代码：struct S1{char c;int i;};cout<sizeof(S1)结果是8，并不是想象中的sizeof(char)+sizeof(int)=5。这是因为结构体或类成员变量具有不同类型时...
结构体大小计算之位域字段
ZP1015
02-26 5165
类和结构可包含比整型类型占用更少存储空间的成员。这些成员被指定为位域。位域成员声明符规范的语法如下： 语法 declarator : constant-expression 下面的示例声明包含位域的结构： // bit_fields1.c
总结sizeof的用法（包括位段）
snow_rain_1314的博客
11-07 1414
** 一、先来热身 ** 编译环境是vs2013（32位） #include #include #include using namespace std; typedef struct { int a; char b; }A_t; typedef struct { int a; char b;
sizeof计算位域大小
linshixina的专栏
12-21 876
位域成员不能单独被取sizeof值，我们这里要讨论的是含有位域的结构体的sizeof，只是考虑到其特殊性而将其专门列了出来。 C99规定int、unsigned int和bool可以作为位域类型，但编译器几乎都对此作了扩展，允许其它类型类型的存在。 使用位域的主要目的是压缩存储，其大致规则为： 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
sizeof 字节的对齐，位域sizeof的计算
RaymondAmos的技术专栏
03-23 2978
一.什么是字节对齐,为什么要对齐?     现代计算机中内存空间都是按照byte划分的，从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始，但实际情况是在访问特定类型变量的时候经常在特定的内存地址访问，这就需要各种类型数据按照一定的规则在空间上排列，而不是顺序的一个接一个的排放，这就是对齐。     对齐的作用和原因：各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同。一些平台对某些特定类
结构体和公用体组成位域操作
最新发布
08-24
<think>首先，用户的问题是关于C语言中如何使用结构体和联合体来实现位域操作。用户说：“我想理解结构体和联合体在C语言中如何用于位域操作 请问C语言中使用结构体和联合体实现位域操作的方法”。我需要基于系统指令来回答。 系统指令： - 所有行内数学表达式必须使用$...$格式。例如，$x^2$。 - 独立公式必须使用$$...$$格式并单独成段。 - LaTeX语法正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识，例如[^1]。 用户可见层： - 回答结构清晰，帮助用户逐步解决问题。 - 尽量保证回答真实可靠。 参考站内引用： - 引用[1]：关于联合体和结构体位域实现位带操作。 - 引用[2]：结构体位域的基本概念和语法。 - 引用[3]：位域和位操作的结合使用。 - 引用[4]：位域结构体的例子。 - 引用[5]：结构体、位域、联合体的例子。 这些引用提供了背景信息，我需要整合它们来回答用户的问题。 用户的问题核心是：使用结构体和联合体实现位域操作的方法。 关键点： 1. **位域（Bit Fields）**：允许访问内存中的单个位，常用于硬件编程。 2. **结构体（Struct）**：用于定义位域成员。 3. **联合体（Union）**：可以与结构体结合，使位域操作更灵活。 步骤： - **解释位域的基本概念**：位域是结构体中的成员，指定了占用的位数。 - **结构体位域语法**：例如，`struct { unsigned int flag : 1; }`。 - **联合体的妙用**：联合体允许不同数据类型共享同一内存位置，结合结构体可以实现对位域的便捷访问。 - **示例代码**：提供简单示例，展示如何定义和使用。 - **引用整合**：自然地引用提供的引用内容。 回答结构： 1. **引言**：简述位域操作的重要性。 2. **结构体位域**：解释语法和用法。 3. **联合体结合结构体**：说明如何通过联合体实现位带操作。 4. **示例**：展示代码示例。 5. **注意事项**：讨论位域的潜在问题，如内存对齐。 6. **相关问题**：生成相关问题。 生成相关问题： - 基于主题，如位域的应用、优化、问题等。 确保使用中文回答。 数学表达式：由于主题是编程，可能没有数学公式，但如果有，如位操作，应使用$...$格式。例如，位操作如AND、OR可以用行内格式。 现在，构建回答。</think>### C语言中使用结构体和联合体实现位域操作的方法 在C语言中，位域操作常用于硬件编程、嵌入式系统开发等场景，允许直接访问和操作内存中的单个位。结构体（struct）用于定义位域成员，而联合体（union）可以结合结构体，提供更灵活的位带操作（bit-banding），使代码更简洁易读。下面我将逐步解释实现方法，确保内容真实可靠，并基于标准C语言规范。 #### 1. **位域操作的基本概念** - 位域（Bit Fields）是结构体中的特殊成员，通过指定成员占用的位数（而非字节），实现对内存位的精细控制。例如，定义一个位域结构体，其中每个成员占用特定位数： - 语法：`struct { 数据类型 成员名 : 位数; }`。 - 数据类型通常为`unsigned int`、`signed int`或`_Bool`，位数范围在1到数据类型大小之间（如`unsigned int`通常为32位）。 - 优点：避免繁琐的位操作（如AND、OR），直接通过成员赋值访问位[^2]。 - 示例：定义一个包含3个位域成员的结构体，用于控制硬件寄存器的标志位： ```c struct Flags { unsigned int flag1 : 1; // 占用1位（0或1） unsigned int flag2 : 1; // 占用1位 unsigned int flag3 : 2; // 占用2位（值0-3） }; ``` - 使用：`struct Flags f; f.flag1 = 1;` 即可设置`flag1`为1。 #### 2. **联合体结合结构体实现位带操作** - 联合体（union）允许多个成员共享同一内存位置。结合结构体位域，可以创建一个“位带”视图，既能以位为单位操作，又能以整数字节形式访问，简化读写过程。 - 原理：联合体包含两个成员： - 一个整型变量（如`uint32_t`），用于整体访问内存。 - 一个位域结构体，用于位级操作。 - 方法： 1. 定义联合体，其中结构体成员对应位域布局。 2. 通过联合体访问位域成员，赋值或读取时，直接操作位而不需位掩码。 - 优点：代码更直观，减少错误；适用于寄存器映射或数据包解析[^1][^5]。 - 示例：以下代码实现一个8位寄存器的位带操作，其中联合体使位域与整型共享内存： ```c #include <stdio.h> #include <stdint.h> // 用于uint8_t等类型 // 定义位域结构体 typedef struct { unsigned int bit0 : 1; // 第0位 unsigned int bit1 : 1; // 第1位 unsigned int bit2_3 : 2; // 第2-3位 unsigned int bit4_7 : 4; // 第4-7位 } BitFieldStruct; // 定义联合体，结合整型和位域结构体 typedef union { uint8_t fullByte; // 整型成员，用于整体访问 BitFieldStruct bits; // 结构体位域，用于位操作 } BitFieldUnion; int main() { BitFieldUnion reg; reg.fullByte = 0; // 初始化整型为0 // 位级操作：设置特定位 reg.bits.bit0 = 1; // 设置第0位为1（等价于整型 OR 0x01） reg.bits.bit2_3 = 3; // 设置第2-3位为3（二进制11） printf("整型值: 0x%X\n", reg.fullByte); // 输出: 0x0D（二进制00001101） printf("位0: %u\n", reg.bits.bit0); // 输出: 1 return 0; } ``` - 运行结果：整型值随位域成员变化自动更新，实现无缝位带操作[^1][^3]。 #### 3. **结合位操作增强功能** - 位域可与传统位操作（如AND、OR）结合，处理更复杂场景，如设置或清除特定位： - 示例：在结构体位域中，使用位操作函数修改位域值[^3]： ```c #include <stdio.h> struct Flags { unsigned int flag1 : 1; unsigned int flag2 : 1; unsigned int flag3 : 2; }; // 函数：设置位域成员 void set_flag(struct Flags *flags, int flag_num) { switch (flag_num) { case 1: flags->flag1 = 1; break; case 2: flags->flag2 = 1; break; case 3: flags->flag3 |= 0x3; // 使用OR操作设置所有位 default: break; } } int main() { struct Flags flags = {0, 0, 0}; set_flag(&flags, 2); // 设置flag2为1 printf("flag2: %d\n", flags.flag2); // 输出: 1 return 0; } ``` - 说明：此方法在硬件控制中常见，如设置中断标志[^3]。 #### 4. **注意事项和最佳实践** - **内存对齐与可移植性**：位域的内存布局依赖编译器和平台（如字节序、填充位）。例如，结构体大小可能因对齐规则而异： - 示例：`struct { unsigned m:6; unsigned n:12; unsigned p:4; }` 的大小可能为4字节（32位系统）[^4]。 - 建议：使用`sizeof`运算符验证大小，并避免跨平台时直接内存拷贝。 - **性能**：位域操作通常编译为高效机器指令，但频繁访问可能略慢于整型变量；在实时系统中需测试。 - **常见问题**： - 位域成员不能取地址（如`&flags.flag1`非法），因为位不是独立内存单元。 - 联合体确保内存共享，但赋值时需注意数据类型匹配（如避免整型溢出）。 - 参考标准：C11/C17规范定义了位域行为，确保代码可靠性[^2][^5]。 #### 总结 通过结构体位域定义位布局，联合体提供整型与位域的双重视图，C语言能高效实现位带操作。这种方法简化了硬件寄存器访问，提升了代码可读性。实际应用中，建议结合具体场景（如嵌入式开发）测试优化。
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