C语言位域——精妙使用内存

参考链接 https://blog.csdn.net/yanbober/article/details/8697967 https://blog.csdn.net/Tommy_wxie/article/details/43529407

　　我们都知道信息的存取在高级语言中最小是Byte，以字节为单位的，虽然C语言提供了位操作符&，|，~，<< >>可以对一个整数进行位操作，但是并没有对内存进行优化。现实生活中我们常常需要一个标志值真或者假，即可以用二进制0或者1表示，这种情况很常见，如开关，过程控制、参数检测或数据通信领域时，控制信息往往只占一个字节中的一个或几个二进制位，基于此，C语言支持位域定义可以帮我们解决这个问题。

　　C语言允许在结构体（联合体）中以位为单位来指定其成员变量所占的内存单元，这种以位为单位的成员称为“位段”或称“位域”( bit field) 。利用位段能够用较少的位数存储数据。位段(bit-field)是以位为单位来定义结构体(或联合体)中的成员变量所占的空间。含有位段的结构体(联合体)称为位段结构。采用位段结构既能够节省空间，又方便于操作。

定义：

位域定义与结构定义相仿，其形式为：
struct 位域结构名
{ 位域列表 };
其中位域列表的形式为：类型说明符位域名：位域长度

type [var]:digits

其中，type只能为int，unsigned int，signed int三种类型(int型能不能表示负数视编译器而定，比如VC中int就默认是signed int，能够表示负数)。位段名称var是可选参数，即可以省略。digits表示该位段所占的二进制位数。

使用位段需注意一下几点:

1)位段的类型只能是int，unsigned int，signed int三种类型，不能是char型或者浮点型；

2)位段占的二进制位数不能超过该基本类型所能表示的最大位数，比如在VC中int是占4个字节，那么最多只能是32位；

3)无名位段不能被访问，但是会占据空间；

4)不能对位段进行取地址操作；

5)若位段占的二进制位数为0，则这个位段必须是无名位段，下一个位段从下一个位段存储单元(这里的位段存储单元经测试在VC环境下是4个字节)开始存放；

6)若位段出现在表达式中，则会自动进行整型升级，自动转换为int型或者unsigned int。

7)对位段赋值时，最好不要超过位段所能表示的最大范围，否则可能会造成意想不到的结果。

8)位段不能出现数组的形式。

二位段结构在内存中的存储方式

对于位段结构，编译器会自动进行存储空间的优化，主要有这几条原则:

1)如果一个位段存储单元能够存储得下位段结构中的所有成员，那么位段结构中的所有成员只能放在一个位段存储单元中，不能放在两个位段存储单元中；如果一个位段存储单元不能容纳下位段结构中的所有成员，那么从剩余的位段从下一个位段存储单元开始存放。(在VC中位段存储单元的大小是4字节).

2)如果一个位段结构中只有一个占有0位的无名位段，则只占1或0字节的空间(C语言中是占0字节，而C++中占1字节)；否则其他任何情况下，一个位段结构所占的空间至少是一个位段存储单元的大小；

下面以具体例子来讲解：

#include <stdio.h>
#include <iostream>
using namespace std;

typedef struct{
	unsigned int a:1; //存在一个非0位的位段，则至少占4Byte,注意是至少
}s;
typedef struct {
	unsigned _int64 a:33;  //这个占8字节
}ss;
typedef struct {
	unsigned int :0;  //存在一个0位的位段，C编译器占0字节，C++编译器占1字节
}s1;
typedef struct {
	unsigned int a:1;
	unsigned :0;          //下一个位段放在一个新的位段存储单元 ，所以占4+4=8Byte
	unsigned int b:2;
}s2;
typedef struct {
	unsigned int a:4;
	unsigned int b:32;  //由于4+32》32，所以b放在一个新的位段中 4+4=8字节
}s3;
typedef struct {
	unsigned int a:1;
	char b;  //这个加起来总共不超过4字节，占一个位段
	int c:1;
	int d:2;
	unsigned int e:2;
}S4;
extern int testBit()
{
	S4 s4;
	s4.a=1;
	s4.b='a';
	s4.c=1;
	s4.d=2;
	s4.e=2;
	cout<<s4.a<<"\t"<<s4.b<<"\t"<<s4.c<<"\t"<<s4.d<<"\t"<<s4.e<<endl;
	printf("sizeof(s)=%d\nsizeof(s1)=%d\nsizeof(s2)=%d\nsizeof(s3)=%d\nsizeof(s4)=%d\n",
		sizeof(s),sizeof(s1),sizeof(s2),sizeof(s3),sizeof(s4));
	cout<<sizeof(ss)<<endl;
	return 0;
}

以下链接是一个不错的练习体

http://its.nbtvu.net.cn/xhyu/cai_c/c_web/c/c8/c83.htm

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C语言位域——精妙使用内存

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