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C語言快速掌握位段使用

更新時(shí)間：2022年09月23日 08:34:53 作者：暴躁小程序猿

位段位段的聲明和結(jié)構(gòu)是類似的，但是也會(huì)有所不同，此篇文章將帶你了解位段是什么已以及位段的使用和位段的特性，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)吧

一、位段是什么

位段的聲明和結(jié)構(gòu)是類似的，有兩個(gè)不同

1.位段的成員必須是 int、unsigned int 或signed int 。

2.位段的成員名后邊有一個(gè)冒號(hào)和一個(gè)數(shù)字。

舉例如下：

struct A
{
    int _a:2;
    int _b:5;
    int _c:10;
    int _d:30;
    };

這個(gè)A就是一個(gè)位段。

但是結(jié)構(gòu)體可以根據(jù)結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊確定一個(gè)結(jié)構(gòu)體的大小，但是位段的大小怎么確定呢？

位段A的大小是多少呢？

printf("%d\n", sizeof(struct A));

我們利用sizeof操作符來測一下這個(gè)A位段的大小是8個(gè)字節(jié)

但是根據(jù)常理來說應(yīng)該是16個(gè)字節(jié)呀，我們和結(jié)構(gòu)體對(duì)比分析

struct s
{
    int a;
    int b;
    int c;
    int d;
    };
   int main()
   {
     printf("%d\n", sizeof(struct s));//16個(gè)字節(jié)
     return 0;
     }

對(duì)比發(fā)現(xiàn)位段不是根據(jù)他的數(shù)據(jù)類型來分配內(nèi)存的。接下來我們看看位段是怎么分配內(nèi)存的。

二、位段的內(nèi)存分配

2.1位段內(nèi)存分配的原則

位段的成員可以是 int unsigned int signed int 或者是 char （屬于整形家族）類型
位段的空間上是按照需要以4個(gè)字節(jié)（ int ）或者1個(gè)字節(jié)（ char ）的方式來開辟的。
位段涉及很多不確定因素，位段是不跨平臺(tái)的，注重可移植的程序應(yīng)該避免使用位段。ps：雖然位段是不跨平臺(tái)的，但是我們可以根據(jù)平臺(tái)的不同編寫不同的代碼

struct A
{
    int _a:2;     //雖然a是int型但是他所分配的內(nèi)存根據(jù)冒號(hào)之后的數(shù)字確定，a冒號(hào)后面是2，所以他只占用2個(gè)比特位
    int _b:5;    //同理，b成員只需要5個(gè)比特位
    int _c:10;    //10個(gè)比特位
    int _d:30;    //30個(gè)比特位
    };

那么我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)字段A一共需要47個(gè)比特位，好像6個(gè)字節(jié)就可以完成存儲(chǔ)，但是事實(shí)并非如此，我們根據(jù)位段的內(nèi)存分配原則，位段的成員是int類型所以按照需要以4個(gè)字節(jié)的方式開辟，我們先開辟4個(gè)字節(jié)的空間，即32個(gè)比特位，我們可以存儲(chǔ)a，b，c但是存儲(chǔ)d的時(shí)候發(fā)現(xiàn)內(nèi)存不夠了，我們?cè)俅伟凑招枨笤僖淮伍_辟4個(gè)字節(jié)的空間，最終開辟了8個(gè)字節(jié)的空間而非6個(gè)字節(jié)的空間來存儲(chǔ)位段A。

但是a，b，c存儲(chǔ)之后還剩下15個(gè)比特位，這些比特位還用不用呢？

答案是不確定的，每個(gè)編譯器的處理方式都是不一樣的，在VS環(huán)境下就浪費(fèi)掉了，位段依舊有很多的不確定性。下面用圖例理想表示一下在VS環(huán)境下位段的存儲(chǔ)：

代碼如下：

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
struct S
{
  	char a : 3;    //a占3個(gè)比特位,以下同理
  	char b : 4;    
  	char c : 5;
  	char d : 4;
};
int main()
{
//printf("%d\n", sizeof(struct S));
	struct S s = { 0 };
	s.a = 10;       // 賦值給位段的成員
	s.b = 12;
	s.c = 3;
	s.d = 4;
  return 0;
}

2.2位段內(nèi)存分配圖解

假設(shè)內(nèi)存都是由低位向高位使用的，即從右向左使用：

我們將這3個(gè)字節(jié)的內(nèi)存中都用0進(jìn)行初始化：

struct S s = {<!--{C}%3C!%2D%2D%20%2D%2D%3E--> 0 };

三、位段的跨平臺(tái)問題

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。

int的最高位原本是符號(hào)位，但是int位段是有符號(hào)數(shù)還是無符號(hào)數(shù)是不確定的。位段中最大位的數(shù)目不能確定。（16位機(jī)器最大16，32位機(jī)器最大32，寫成27，在16位機(jī)器會(huì)出問題。

（16位機(jī)器最大可以處理16位數(shù)據(jù)，尋址空間也只有16位，但是如果傳入27位數(shù)據(jù)就會(huì)出問題）

ps：int在16位操作系統(tǒng)下占2個(gè)字節(jié)。位段中的成員在內(nèi)存中從左向右分配，還是從右向左分配標(biāo)準(zhǔn)尚未定義。

上圖只是假設(shè)我們從右向左使用，但是分配表示尚未定義，所以也是不確定的。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，無法容納于第一個(gè)位段剩余的位時(shí)，是舍棄剩余的位還是利用，這是不確定的。

總結(jié)：

跟結(jié)構(gòu)相比，位段可以達(dá)到同樣的效果，但是可以很好的節(jié)省空間，但是有跨平臺(tái)的問題存在。

犧牲了它的可移植性，但是節(jié)省了空間，可以根據(jù)需求選擇。

為什么說和結(jié)構(gòu)相比，位段可以節(jié)省空間呢？

代碼如下（示例）：

struct A
{
    int _a:2;     //雖然a是int型但是他所分配的內(nèi)存根據(jù)冒號(hào)之后的數(shù)字確定，a冒號(hào)后面是2，所以他只占用2個(gè)比特位
    int _b:5;    //同理，b成員只需要5個(gè)比特位
    int _c:10;    //10個(gè)比特位
    int _d:30;    //30個(gè)比特位
    };

比如這個(gè)代碼，假設(shè)a的取值只可能是0，1，2，3，如果用結(jié)構(gòu)寫的話會(huì)給a分配4個(gè)字節(jié)的空間也就是32個(gè)比特位，但是a最大需要的比特位是2位，所以會(huì)大大造成浪費(fèi)，并且結(jié)構(gòu)體還存在結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊問題，犧牲了空間提高了時(shí)間效率。

四、位段的使用

總結(jié)

位段的介紹到此結(jié)束，總結(jié)一下就是位段相比較結(jié)構(gòu)體節(jié)省了空間但是失去了可移植性，存在了跨平臺(tái)的問題，我們可以根據(jù)自身的需求來選擇是否使用位段，同時(shí)位段廣泛使用在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)方面，如果想變強(qiáng)就需要學(xué)會(huì)合理使用位段，加油少年們！

到此這篇關(guān)于C語言快速掌握位段使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C語言位段內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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