位段

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目錄

位段

一、定義

二、注意事項(xiàng)

1、位段成員必須是整型家族的（int ，unsigned int ，char 等）。

2、位段成員名后可跟冒號(hào)加一個(gè)數(shù)字來表示它占有幾個(gè)比特位

三、位段的內(nèi)存分配

四、具體空間開辟（截?cái)?#xff09;

五、位段的跨平臺(tái)問題

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C語言中有很多的自定義類型，我在以前的博客中已經(jīng)講過了結(jié)構(gòu)體和結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存對(duì)齊，現(xiàn)在我們來講另一個(gè)自定義類型，就是位段。

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一、定義

位段，C語言允許在一個(gè)結(jié)構(gòu)體中以比特位為單位來指定其成員所占內(nèi)存長(zhǎng)度，這種以位為單位的成員稱為“位段”或稱“位域”( bit field) 。利用位段能夠用較少的位數(shù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

可以看出位段和結(jié)構(gòu)體很像，下面我們引入一段代碼片段來看一下位段到底長(zhǎng)什么樣子。

struct A{int a : 2;//成員a占2個(gè)比特位int b : 5;//成員b占5個(gè)比特位int c : 10;//成員c占10個(gè)比特位int d : 30;//成員d占30個(gè)比特位 };

二、注意事項(xiàng)

1、位段成員必須是整型家族的（int ，unsigned int ，char 等）。

可以看見，這里如果是float類型的成員，編譯器會(huì)直接報(bào)錯(cuò)。

整型家族的數(shù)組也不行哦，編譯器也會(huì)報(bào)錯(cuò)。

2、位段成員名后可跟冒號(hào)加一個(gè)數(shù)字來表示它占有幾個(gè)比特位

正如我們?cè)? 一、定義? 時(shí)的代碼片段，但是其實(shí)一個(gè)位段的部分成員也可以不加冒號(hào)和數(shù)字（如果全部成員都不加冒號(hào)和數(shù)字了它就變成結(jié)構(gòu)體了）。

例如上圖，我們也是不會(huì)錯(cuò)的。

三、位段的內(nèi)存分配

在window環(huán)境下的VS編譯器中，位段的內(nèi)存分配是按照這種規(guī)則的：根據(jù)首個(gè)成員變量的類型分配相應(yīng)字節(jié)的內(nèi)存（例如：首個(gè)成員是 int 類型的，則分配4個(gè)字節(jié)即32個(gè)比特位的空間大小），然后根據(jù)成員的實(shí)際大小（也就是：后面的數(shù)字）來填充這個(gè)已經(jīng)分配的空間，若剩余的空間不夠了，則繼續(xù)根據(jù)成員類型依次分配內(nèi)存并且填充（分配內(nèi)存時(shí)要注意內(nèi)存對(duì)齊，如果不知道什么是內(nèi)存對(duì)齊，可以看我以前寫的博客，填充時(shí)不用對(duì)齊），直到該位段的最后一個(gè)成員，需要注意的是，整個(gè)位段的大小是成員類型大小中最大值的整數(shù)倍。

上面的概念過于復(fù)雜，我們來看一個(gè)例子：

第一步，分配，根據(jù)第一個(gè)成員的類型分配4字節(jié)即32位大小的內(nèi)存；

第二步，填充，因?yàn)閍,b,c成員的大小加起來為27位，而d成員為6位，所以這塊被分配的內(nèi)存只能填充a,b,c（這里的填充是反向填充，即從該區(qū)域的最后端開始依次填充a,b,c）；

第三步，分配，根據(jù)接下來的成員也就是 char 型的 d 分配一個(gè)字節(jié)8個(gè)比特位的空間，根據(jù)內(nèi)存對(duì)齊判斷，該空間緊貼上一個(gè)分配的空間即可；

第四步，填充，這塊空間只夠填充成員 d ；

第五步，分配，并判斷內(nèi)存對(duì)齊，應(yīng)根據(jù) int 型變量 e 分配4個(gè)字節(jié)的空間，但根據(jù)內(nèi)存對(duì)齊這段被分配的空間不能緊挨著成員 d ，應(yīng)該間隔3個(gè)字節(jié)再分配（對(duì)齊到該成員對(duì)齊數(shù)整數(shù)倍的位置上）；

第六步，填充，這個(gè)空間只夠填充成員 e 占用其中的30位；

第七步，根據(jù)成員 f?的 char 型分配一個(gè)字節(jié)的空間，根據(jù)內(nèi)存對(duì)齊規(guī)則，該區(qū)域可以緊貼上一個(gè)區(qū)域，然后將最后一個(gè)成員填充進(jìn)去；

第八步，根據(jù)內(nèi)存對(duì)齊規(guī)則的最后一條，也就是整個(gè)位段的大小是成員類型大小中最大值的整數(shù)倍，所以我們必須還要在余出3個(gè)字節(jié)；

所以，位段A的內(nèi)存分布情況為下圖：

sizeof(struct A)=5+3+4+1+3=16字節(jié)。

下面來驗(yàn)證一下：

四、具體空間開辟（截?cái)?#xff09;

看一個(gè)具體的例子：

struct S{char a : 3;char b : 4;char c : 5;char d : 4; };struct S s = { 0 }; s.a = 10; s.b = 12; s.c = 3; s.d = 4;

由于位段的成員的大小被重新分配，例如成員 a 占3個(gè)比特位，它的范圍應(yīng)該是 0 到 7 ，而這里給 a 賦值為10，應(yīng)該如何處理呢？這里的操作我稱作為截?cái)?/p>

請(qǐng)看下面我畫出的內(nèi)存圖，更為直觀

驗(yàn)證：這是VS中內(nèi)存的部分

和我們的分析一致。

五、位段的跨平臺(tái)問題

位段在不同的平臺(tái)上有不同的規(guī)則：

1、int 位段被當(dāng)成有符號(hào)數(shù)還是無符號(hào)數(shù)是不確定的。

2、位段中的成員從左到右分配還是從右到左分配是不確定的。

3、當(dāng)一個(gè)結(jié)構(gòu)包含兩個(gè)位段，第二個(gè)位段成員比較大，無法容納第一個(gè)位段剩余的位時(shí)，是舍棄剩余的位還是利用，也是不確定的。

所以跟結(jié)構(gòu)體相比，位段更節(jié)省空間，但是有跨平臺(tái)的問題。

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這就是今天和大家分享的內(nèi)容了，希望大家一起提高，共同進(jìn)步！！！

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的C语言自定义类型——位段的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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