C語(yǔ)言中的位段

      位段(bit-field)是以位為單位來(lái)定義結(jié)構(gòu)體(或聯(lián)合體)中的成員變量所占的空間。含有位段的結(jié)構(gòu)體(聯(lián)合體)稱為位段結(jié)構(gòu)。采用位段結(jié)構(gòu)既能夠節(jié)省空間，又方便于操作。

     位段的定義格式為:

     type  [var]: digits

    其中type只能為int，unsigned int，signed int三種類(lèi)型(int型能不能表示負(fù)數(shù)視編譯器而定，比如VC中int就默認(rèn)是signed int，能夠表示負(fù)數(shù))。位段名稱var是可選參數(shù)，即可以省略。digits表示該位段所占的二進(jìn)制位數(shù)。

   那么定義一個(gè)位段結(jié)構(gòu)可以像下面這段代碼去定義：

struct node
{
  unsigned int a:4;   //位段a，占4位
  unsigned int :0;   //無(wú)名位段，占0位
  unsigned int b:4;   //位段b，占4位
  int c:32;       //位段c，占32位
  int :6;       //無(wú)名位段，占6位
};

一.位段的使用

    使用位段需注意一下幾點(diǎn):

    1)位段的類(lèi)型只能是int，unsigned int，signed int三種類(lèi)型，不能是char型或者浮點(diǎn)型；

    2)位段占的二進(jìn)制位數(shù)不能超過(guò)該基本類(lèi)型所能表示的最大位數(shù)，比如在VC中int是占4個(gè)字節(jié)，那么最多只能是32位；

    3)無(wú)名位段不能被訪問(wèn)，但是會(huì)占據(jù)空間；

    4)不能對(duì)位段進(jìn)行取地址操作；

    5)若位段占的二進(jìn)制位數(shù)為0，則這個(gè)位段必須是無(wú)名位段，下一個(gè)位段從下一個(gè)位段存儲(chǔ)單元(這里的位段存儲(chǔ)單元經(jīng)測(cè)試在VC環(huán)境下是4個(gè)字節(jié))開(kāi)始存放；

    6)若位段出現(xiàn)在表達(dá)式中，則會(huì)自動(dòng)進(jìn)行整型升級(jí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換為int型或者unsigned int。

    7)對(duì)位段賦值時(shí)，最好不要超過(guò)位段所能表示的最大范圍，否則可能會(huì)造成意想不到的結(jié)果。

    8)位段不能出現(xiàn)數(shù)組的形式。

二.位段結(jié)構(gòu)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)方式

    對(duì)于位段結(jié)構(gòu)，編譯器會(huì)自動(dòng)進(jìn)行存儲(chǔ)空間的優(yōu)化，主要有這幾條原則:

   1)如果一個(gè)位段存儲(chǔ)單元能夠存儲(chǔ)得下位段結(jié)構(gòu)中的所有成員，那么位段結(jié)構(gòu)中的所有成員只能放在一個(gè)位段存儲(chǔ)單元中，不能放在兩個(gè)位段存儲(chǔ)單元中；如果一個(gè)位段存儲(chǔ)單元不能容納下位段結(jié)構(gòu)中的所有成員，那么從剩余的位段從下一個(gè)位段存儲(chǔ)單元開(kāi)始存放。(在VC中位段存儲(chǔ)單元的大小是4字節(jié)).

   2)如果一個(gè)位段結(jié)構(gòu)中只有一個(gè)占有0位的無(wú)名位段，則只占1或0字節(jié)的空間(C語(yǔ)言中是占0字節(jié)，而C++中占1字節(jié))；否則其他任何情況下，一個(gè)位段結(jié)構(gòu)所占的空間至少是一個(gè)位段存儲(chǔ)單元的大??；

  測(cè)試程序：

/*測(cè)試位段 201110.12*/ 
#include<iostream>
using namespace std; 

typedef struct node
{
  unsigned int a:1;   //存在一個(gè)非0位的位段，則至少占4Byte 
}S; 

typedef struct node1    //在C++中占1字節(jié)的空間 ，在C中占0字節(jié) 
{
  unsigned int :0;
}S1;

typedef struct node2
{
  unsigned int a:1;
  unsigned int :0;   //下一個(gè)位段放在一個(gè)新的位段存儲(chǔ)單元 ，所以占4+4=8Byte 
  unsigned c:32;     
}S2;

typedef struct node3
{
  unsigned int a:4;
  unsigned int :0;
  int :6;        //這個(gè)位段放在一個(gè)新的位段存儲(chǔ)單元 
  unsigned c:32;    //由于6+32>32，所位段c也放在一個(gè)新的位段存儲(chǔ)單元，所以占4+4+4=12Byte 
}S3;

typedef struct node4 
{
  unsigned int a:1;
  char b;        //在一個(gè)位段存儲(chǔ)單元中能夠存下所有的成員，所以占4Byte 
  int c:1;
  int d:2;
  unsigned int e:2;
}S4;


int main(int argc, char *argv[])
{
  S4 s4;
  s4.a=1;
  s4.c=1;
  s4.d=2;       
  s4.e=3;
  printf("%d %d %d %d\n",s4.a,s4.c,s4.d,s4.e);
  printf("%d %d %d %d %d\n",sizeof(S),sizeof(S1),sizeof(S2),sizeof(S3),sizeof(S4));
  return 0;
}

執(zhí)行結(jié)果為:

1 -1 -2 3
4 1 8 12 4
請(qǐng)按任意鍵繼續(xù). . .
當(dāng)打印s4的各個(gè)位段時(shí)，打印的結(jié)果與賦的初始值不同。

由于c只占1位，那么沒(méi)有數(shù)據(jù)位，此時(shí)進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展直接在高位添加1，所以打印的結(jié)果為-1；

由于d占2位，那么當(dāng)將2賦給d時(shí)，內(nèi)存中存儲(chǔ)的內(nèi)容為10，此時(shí)進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展，高位補(bǔ)1，則為0XFF FF FF FE，那么其真值則為-2.

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