位域

在一些C语言的开发过程中，可能我们的存储空间并不是那么充裕，鉴于这种的情况下想到了C语言中有那么一个名词出现“位域”，在C语言中称为“位域”或“位段”。所谓“位域”是把一个字节中的二进位划分为几个不同的区域，并说明每个区域的位数。每个域有一个域名，允许在程序中按域名进行操作。 这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示；位域的出现就是为了解决一些空间浪费的问题，例如：我们通常会定义一些标志位flag，功能模式的切换，在开发过程中可能使用一个开关量“0”和“1”就能够满足我们的需求。

备注：我们这里使用的开发环境是DEV-C++ V5.11

一、位域

形式：
    struct 位域结构名
     { 
         位域列表
      }位域名;
     其中位域列表的形式为： 类型说明符 位域名：位域长度

定义：
位域的定义和结构体的定义一样，可采用先定义后说明，同时定义说明或者直接说明这三种方式。

struct SYSTEM
{
    unsigned char  fn_flag0:8;    //这里占有8bit
    unsigned char  fn_flag1:2;    //这里占有2bit
    unsigned char  fn_flag2:6;    //6bit
    unsigned char  fn_flag3:1;    //1bit
    unsigned char  fn_flag4:5;      //5bit
    unsigned char  fn_flag5:2;    //2bit
    unsigned char  fn_flag6:6;
    unsigned char  fn_flag7:2;
    unsigned int fn_flag8:32;    //32bit
}sys;

说明：
1.一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。

struct data
{
    unsigned char a:1;
    unsigned char  :0;//这里表示不是用空一个bit
    unsigned char c:2;
    unsigned char d:9;//error
}da; 

注：
1.宽度为0的一个未命名位域强制下一位域对齐到其下一type边界，其中type是该成员的类型;

unsigned char  :0 ;

  经试验，空域所占大小和 a的类型及 空域的类型 二者皆相关。
  即以下四种情况，
    a和空域皆为char时，二者共占据1字节；

struct SYSTEM
{
    unsigned char  fn_flag:1;
    unsigned char  fn_flag1:1;
    unsigned char  :0;

    unsigned char  fn_flag2:6;
    unsigned char  :0;
}sys;
//sizeof(sys) 结果为1byte

    a 为unsigned，空域为unsigned； a 为char，空域为unsigned； a 为unsigned，空域为char；这三种情况，二者共占据4字节。

struct SYSTEM
{
    unsigned int  fn_flag:1;       //占4byte
    unsigned char  fn_flag1:8;     //和空域共用1byte，此处满8bit，空域不填充，此处不满8bit，空域填充使其满足1byte
    unsigned char  :0;
    unsigned char  :0;
    unsigned char  :0;            //此处都是和前面的fn_flag1共用1个byte

    unsigned int fn_flag2:32;    //和空域共用4byte，此处满32bit，空域不填充，此处不满32bit，空域填充使其满足4byte
    unsigned char  :0;
}sys;

2 . 位域的长度不能大于指定类型固有长度，比如说char的位域长度不能超过8,int的位域长度不能超过32，bool的位域长度不能超过8。

unsigned char d:9; //这里定义错误，

3.位域可以无位域名，这时它只用来作填充或调整位置。无名的位域是不能使用的

struct A
{
    unsigned char a:8;
};

位域的使用及占用空间

位域的使用

位域的使用和结构成员的使用相同，其一般形式为： 位域变量名·位域名 位域允许用各种格式输出。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

/* run this program using the console pauser or add your own getch, system("pause") or input loop */

struct SYSTEM
{
    unsigned int  fn_flag1:1;   //4

    unsigned char  fn_flag2:8;  //1
    unsigned char  :0;

    unsigned char fn_flag3:2;
    unsigned char  :0;

    unsigned int  fn_flag4:8;   //4
    unsigned char  :0;
}sys;

int main(int argc, char *argv[]) {

    printf("%d\n",sizeof(sys)); 

    printf("%d %d %d %d %d \n",sys.fn_flag, sys.fn_flag1,sys.fn_flag2,sys.fn_flag3,sys.fn_flag4);

    sys.fn_flag1 = 1;
    sys.fn_flag2 = 3;
    sys.fn_flag3 = 1;
//  fn_flag3 = 4;//error,只占有2bit    此时为0，5的时候为1，6的时候为2，其实已经溢出了，只是是unsigned char类型
    printf("%d %d %d %d %d \n",sys.fn_flag, sys.fn_flag1,sys.fn_flag2,sys.fn_flag3,sys.fn_flag4);

    system("pause"); 
    return 0;
}

位域的对齐

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（不同位域字段存放在不同的位域类型字节中），Dev-C++和GCC都采取压缩方式；

系统会先为结构体成员按照对齐方式分配空间和填塞（padding）,然后对变量进行位域操作。