一、位域??
???
????? 　　有些信息在存儲時，并不需要占用一個完整的字節，?????? 而只需占幾個或一個二進制位。例如在存放一個開關量時，只有0和1?????? 兩種狀態，?????? 用一位二進位即可。為了節省存儲空間，并使處理簡便，Ｃ語言又提供了一種數據結構，稱為“位域”或“位段”。所謂“位域”是把一個字節中的二進位劃分為幾 個不同的區域，并說明每個區域的位數。每個域有一個域名，允許在程序中按域名進行操作。這樣就可以把幾個不同的對象用一個字節的二進制位域來表示。一、位 域的定義和位域變量的說明位域定義與結構定義相仿，其形式為：??
???
????? 　　struct?????? 位域結構名??
????? 　　{?????? 位域列表?????? };??
???
????? 　　其中位域列表的形式為：?????? 類型說明符?????? 位域名：位域長度??
???
????? 　　例如：??
???
????? struct?????? bs??
????? {??
????? 　int?????? a:8;??
????? 　int?????? b:2;??
????? 　int?????? c:6;??
????? };??
???
???
????? 　　位域變量的說明與結構變量說明的方式相同。?????? 可采用先定義后說明，同時定義說明或者直接說明這三種方式。例如：??
???
????? struct?????? bs??
????? {??
????? 　int?????? a:8;??
????? 　int?????? b:2;??
????? 　int?????? c:6;??
????? }data;??
???
????? 　　說明data為bs變量，共占兩個字節。其中位域a占8位，位域b占2位，位域c占6位。對于位域的定義尚有以下幾點說明：??
???
????? 　　1.?????? 一個位域必須存儲在同一個字節中，不能跨兩個字節。如一個字節所剩空間不夠存放另一位域時，應從下一單元起存放該位域。也可以有意使某位域從下一單元開始。例如：??
???
????? struct?????? bs??
????? {??
????? 　unsigned?????? a:4??
????? 　unsigned?????? :0?????? /*空域*/??
????? 　unsigned?????? b:4?????? /*從下一單元開始存放*/??
????? 　unsigned?????? c:4??
????? }??
???
????? 　　在這個位域定義中，a占第一字節的4位，后4位填0表示不使用，b從第二字節開始，占用4位，c占用4位。??
???
????? 　　2.?????? 由于位域不允許跨兩個字節，因此位域的長度不能大于一個字節的長度，也就是說不能超過8位二進位。??
????? 　??
????? 　　3.?????? 位域可以無位域名，這時它只用來作填充或調整位置。無名的位域是不能使用的。例如：??
???
????? struct?????? k??
????? {??
????? 　int?????? a:1??
????? 　int?????? :2?????? /*該2位不能使用*/??
????? 　int?????? b:3??
????? 　int?????? c:2??
????? };??
???
????? 　　從以上分析可以看出，位域在本質上就是一種結構類型，?????? 不過其成員是按二進位分配的。??
???
????? 　　二、位域的使用??
???
????? 　　位域的使用和結構成員的使用相同，其一般形式為：?????? 位域變量名·位域名?????? 位域允許用各種格式輸出。??
???
????? main(){??
????? 　struct?????? bs??
????? 　{??
????? 　　unsigned?????? a:1;??
????? 　　unsigned?????? b:3;??
????? 　　unsigned?????? c:4;??
????? 　}?????? bit,*pbit;??
????? 　bit.a=1;??
????? 　bit.b=7;??
????? 　bit.c=15;??
????? 　printf("%d,%d,%d\n",bit.a,bit.b,bit.c);??
????? 　pbit=&bit;??
????? 　pbit->a=0;??
????? 　pbit->b&=3;??
????? 　pbit->c|=1;??
????? 　printf("%d,%d,%d\n",pbit->a,pbit->b,pbit->c);??
????? }??
???
????? 　　上例程序中定義了位域結構bs，三個位域為a,b,c。說明了bs類型的變量bit和指向bs類型的指針變量pbit。這表示位域也是可以使用指針的。??
???
????? 　　程序的9、10、11三行分別給三個位域賦值。(?????? 應注意賦值不能超過該位域的允許范圍)程序第12行以整型量格式輸出三個域的內容。第13行把位域變量bit的地址送給指針變量pbit。第14行用指針 方式給位域a重新賦值，賦為0。第15行使用了復合的位運算符"&="，?????? 該行相當于：?????? pbit->b=pbit->b&3位域b中原有值為7，與3作按位與運算的結果為3(111&011=011,十進制值 為?????? 3)。同樣，程序第16行中使用了復合位運算"|="，?????? 相當于：?????? pbit->c=pbit->c|1其結果為15。程序第17行用指針方式輸出了這三個域的值。

這也是在ChinaUnix上看了幾篇關于C語言'位域(Bit?????? Fields)'的帖子之后，才想寫下這篇文章的。其實在平時的工作中很少使用到'位域'，我是搞服務器端程序設計的，大容量的內存可以讓我毫不猶豫的任 意'揮霍'^_^。想必搞嵌入式編程的朋友們對位域的使用應該不陌生吧。這里我也僅僅是憑著對C語言鉆研的興趣來學習一下'位域'的相關知識的，可能有些 說法沒有實踐，缺乏說服力。??
???
????? 具體也不是很清楚當年C語言的創造者為什么要加入位域這一語法支持，那是太遙遠的事情了，我們不需要再回顧了，既然大師們為我們創造了它，我們使用便是了。??
???
????? 毋庸置疑，位域的引入給用戶的最大的好處莫過于可以有效的利用'昂貴'的內存和操作bit的能力了。而且這種操作bit位的能力很是方便，利用結構體域名即可對這些bit進行操作。例如：??
???
????? struct?????? foo?????? {??
??????? int?????? a?????? :?????? 1;??
??????? int?????? b?????? :?????? 2;??
??????? short?????? c?????? :?????? 1;??
????? };??
???
????? struct?????? foo?????? aFoo;??
????? aFoo.a?????? =?????? 1;??
????? aFoo.b?????? =?????? 3;??
????? aFoo.c?????? =?????? 0;??
???
????? 通過結構體實例.域名即可修改某些bit得值，這些都是編譯器的'甜頭'。當然我們也可以自己通過一些'掩碼'和移位操作來修改這些bit，當然如果不是十分需要，我們是不需要這么做的。??
???
????? 位域還提供一種叫'匿名'位域的語法，它常用來'填缺補漏'，由于是'匿名'，所以你不能像上面那樣去訪問它。如：??
????? struct?????? foo1?????? {??
??????? int?????? a?????? :?????? 1;??
??????? int?????????? :?????? 2;??
??????? short?????? c?????? :?????? 1;??
????? };??
????? 在foo1的成員a和c之間有一個2?????? bits的匿名位域。??
???
????? 在foo結構體的定義中，成員a雖然類型為int，但是它僅僅占據著4個字節中的一個bit的空間；類似b占據2個bit空間，但是b到底是占據第一個 int的2個bit空間呢還是第二個int的2個bit空間呢？這里實際上也涉及到如何對齊帶有'位域'的結構體這樣一個問題。我們來分析一下。??
???
????? 我們再來看看下面兩個結構體定義：??
????? struct?????? foo2?????? {??
????????????????????? char???????????? a?????? :?????? 2;??
????????????????????? char???????????? b?????? :?????? 3;??
????????????????????? char???????????? c?????? :?????? 1;??
????? };??
???
????? struct?????? foo3?????? {??
????????????????????? char???????????? a?????? :?????? 2;??
????????????????????? char???????????? b?????? :?????? 3;??
????????????????????? char???????????? c?????? :?????? 7;??
????? };??
????? 我們來打印一下這兩個結構體的大小，我們得到的結果是：??
????? sizeof(struct?????? foo2)?????? =?????? 1??
????? sizeof(struct?????? foo3)?????? =?????? 2??
????? 顯然都不是我們期望的，如果按照正常的內存對齊規則，這兩個結構體大小均應該為3才對，那么問題出在哪了呢？首先通過這種現象我們可以肯定的是：帶有'位 域'的結構體并不是按照每個域對齊的，而是將一些位域成員'捆綁'在一起做對齊的。以foo2為例，這個結構體中所有的成員都是char型的，而且三個位 域占用的總空間為6?????? bit?????? <?????? 8?????? bit(1?????? byte)，這時編譯器會將這三個成員'捆綁'在一起做對齊，并且以最小空間作代價，這就是為什么我們得到sizeof(struct?????? foo2)?????? =?????? 1這樣的結果的原因了。再看看foo3這個結構體，同foo2一樣，三個成員類型也都是char型，但是三個成員位域所占空間之和為9?????? bit?????? >?????? 8?????? bit(1?????? byte)，個人認為這句話應該改為：但是Foo3的前兩個成員所占空間是2＋3＝5，所以第一個字節只剩下8－5＝3，不夠存放第三個成員的7個字節，而規則要求，不允許成員跨字節存放，所以只能另外將此7字節單獨分配，故又占了一個字節，這里位域是不能跨越兩個成員基本類型空間的，這時編譯器將a和b兩個成員'捆綁'按照char做對齊，而c單獨拿出來以char類型做對齊，這樣實際上在b和c之間出現了空隙，但這也是最節省空間的方法了。我們再看一種結構體定義：??
???
????? struct?????? foo4?????? {??
????????????????????? char???????????? a?????? :?????? 2;??
????????????????????? char???????????? b?????? :?????? 3;??
????????????????????? int?????? c?????? :?????? 1;??
????? };??
???
????? 在foo4中雖然三個位域所占用空間之和為6?????? bit?????? <?????? 8?????? bit(1?????? byte)，但是由于char和int的對齊系數是不同的，是不能捆綁在一起，那是不是a、b捆綁在一起按照char對齊，c單獨按照int對齊呢？我們 打印一下sizeof(struct?????? foo4)發現結果為4，也就是說編譯器把a、b、c一起捆綁起來并以int做對齊了。??
???
????? 通過上面的例子我們發現很難總結出很規律性的東西，但是帶有'位域'的結構體的對齊有條原則可以遵循，那就是："盡量減少結構體的占用空間"。當然顯式的使用內存對齊的機會也并不多。^_^

???????????

轉載于:https://www.cnblogs.com/moonbay/archive/2011/12/08/2280782.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的C语言中的位域 bit field [转]的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。