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淺析C語言位域和位段

更新時(shí)間：2013年08月14日 09:00:06 作者：

以下是對(duì)C語言中的位域和位段進(jìn)行了詳細(xì)的分析介紹，需要的朋友可以過來參考下

C結(jié)構(gòu)體之位域（位段）
有些信息在存儲(chǔ)時(shí)，并不需要占用一個(gè)完整的字節(jié)，而只需占幾個(gè)或一個(gè)二進(jìn)制位。例如在存放一個(gè)開關(guān)量時(shí)，只有0和1 兩種狀態(tài)，用一位二進(jìn)位即可。為了節(jié)省存儲(chǔ)空間，并使處理簡(jiǎn)便，C語言又提供了一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，稱為“位域”或“位段”。所謂“位域”是把一個(gè)字節(jié)中的二進(jìn)位劃分為幾個(gè)不同的區(qū)域，并說明每個(gè)區(qū)域的位數(shù)。每個(gè)域有一個(gè)域名，允許在程序中按域名進(jìn)行操作。這樣就可以把幾個(gè)不同的對(duì)象用一個(gè)字節(jié)的二進(jìn)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(jié)構(gòu)定義相仿，其形式為：
struct 位域結(jié)構(gòu)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
位域變量的說明與結(jié)構(gòu)變量說明的方式相同。可采用先定義后說明，同時(shí)定義說明或者直接說明這三種方式。例如：

復(fù)制代碼代碼如下:

struct bs
{
　　int a:8;
　　int b:2;
　　int c:6;
}data; 

說明data為bs變量，共占兩個(gè)字節(jié)。其中位域a占8位，位域b占2位，位域c占6位。對(duì)于位域的定義尚有以下幾點(diǎn)說明：

1. 一個(gè)位域必須存儲(chǔ)在同一個(gè)字節(jié)中，不能跨兩個(gè)字節(jié)。如一個(gè)字節(jié)所?？臻g不夠存放另一位域時(shí)，應(yīng)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：

復(fù)制代碼代碼如下:

struct bs
{
    unsigned a:4
    unsigned b:5 /*從下一單元開始存放*/
    unsigned c:4
}

2. 由于位域不允許跨兩個(gè)字節(jié)，因此位域的長度不能大于一個(gè)字節(jié)的長度。

3. 位域可以無位域名，這時(shí)它只用來作填充或調(diào)整位置。無名的位域是不能使用的。例如：

復(fù)制代碼代碼如下:

struct k
{
    int a:1
    int :2 /*無位域名，該2位不能使用*/
    int b:3
    int c:2
}; 

二、位域的使用
下面例子是參加一個(gè)公司（白領(lǐng)科技-青島）的筆試遇到的，當(dāng)時(shí)做錯(cuò)了，為了怕忘了，趕緊寫下來。

復(fù)制代碼代碼如下:

#include <iostream>
  #include <memory.h>
  using namespace std;
  struct A
  {
      int a:5;
      int b:3;
  };
  int main(void)
 {
     char str[100] = "0134324324afsadfsdlfjlsdjfl";
         struct A d;
     memcpy(&d, str, sizeof(A));
     cout << d.a << endl;
     cout << d.b << endl;
     return 0;
 }

在32位x86機(jī)器上輸出：

復(fù)制代碼代碼如下:

?
$ ./langxun.exe
-16
1 

解析：在默認(rèn)情況下，為了方便對(duì)結(jié)構(gòu)體內(nèi)元素的訪問和管理，當(dāng)結(jié)構(gòu)體內(nèi)的元素長度都小于處理器的位數(shù)的時(shí)候，便以結(jié)構(gòu)體里面最長的元素為對(duì)其單位，即結(jié)構(gòu)體的長度一定是最長的數(shù)據(jù)元素的整數(shù)倍；如果有結(jié)構(gòu)體內(nèi)存長度大于處理器位數(shù)的元素，那么就以處理器的位數(shù)為對(duì)齊單元。由于是32位處理器，而且結(jié)構(gòu)體中a和b元素類型均為int（也是4個(gè)字節(jié)），所以結(jié)構(gòu)體的A占用內(nèi)存為4個(gè)字節(jié)。

上例程序中定義了位域結(jié)構(gòu)A，兩個(gè)個(gè)位域?yàn)閍（占用5位），b（占用3位），所以a和b總共占用了結(jié)構(gòu)A一個(gè)字節(jié)（低位的一個(gè)字節(jié)）。

當(dāng)程序運(yùn)行到14行時(shí)，d內(nèi)存分配情況：

復(fù)制代碼代碼如下:

 高位 00110100 00110011   00110001    00110000 低位
       '4'       '3'       '1'          '0'  
 其中d.a和d.b占用d低位一個(gè)字節(jié)（00110000）,d.a : 10000, d.b : 001

d.a內(nèi)存中二進(jìn)制表示為10000，由于d.a為有符號(hào)的整型變量，輸出時(shí)要對(duì)符號(hào)位進(jìn)行擴(kuò)展，所以結(jié)果為-16（二進(jìn)制為11111111111111111111111111110000）

d.b內(nèi)存中二進(jìn)制表示為001，由于d.b為有符號(hào)的整型變量，輸出時(shí)要對(duì)符號(hào)位進(jìn)行擴(kuò)展，所以結(jié)果為1（二進(jìn)制為00000000000000000000000000000001）

三、位域的對(duì)齊
如果結(jié)構(gòu)體中含有位域(bit-field)，那么VC中準(zhǔn)則是：

1) 如果相鄰位域字段的類型相同，且其位寬之和小于類型的sizeof大小，則后面的字段將緊鄰前一個(gè)字段存儲(chǔ)，直到不能容納為止；

2) 如果相鄰位域字段的類型相同，但其位寬之和大于類型的sizeof大小，則后面的字段將從新的存儲(chǔ)單元開始，其偏移量為其類型大小的整數(shù)倍；

3) 如果相鄰的位域字段的類型不同，則各編譯器的具體實(shí)現(xiàn)有差異，VC6采取不壓縮方式（不同位域字段存放在不同的位域類型字節(jié)中），Dev-C++和GCC都采取壓縮方式；

系統(tǒng)會(huì)先為結(jié)構(gòu)體成員按照對(duì)齊方式分配空間和填塞（padding）,然后對(duì)變量進(jìn)行位域操作。

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