C结构体之位域（位段）

有些信息在存储时，并不需要占用一个完整的字节， 而只需占几个或一个二进制位。例如在存放一个开关量时，只有0和1 两种状态， 用一位二进位即可。为了节省存储空间，并使处理简便，C语言又提供了一种数据结构，称为“位域”或“位段”。所谓“位域”是把一个字节中的二进位划分为几个不同的区域， 并说明每个区域的位数。每个域有一个域名，允许在程序中按域名进行操作。 这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示。

位段的声明和普通的结构体成员声明还是有一些区别的，区别如下：

1、位段成员必须声明为int、unsigned int或signed int类型；

2、在成员名的后面是一个冒号和一个整数，这个整数指定该位段所占用的位的数目。

一、位域的定义和位域变量的说明位域定义与结构定义相仿，其形式为： 

 

struct 位域结构名  {   位域列表  };

其中位域列表的形式为：

类型说明符 位域名：位域长度

位域变量的说明与结构变量说明的方式相同。 可采用先定义后说明，同时定义说明或者直接说明这三种方式。例如：
struct bs { 　　int a:8; 　　int b:2; 　　int c:6; }data; 
说明data为bs变量，共占两个字节。其中位域a占8位，位域b占2位，位域c占6位。对于位域的定义尚有以下几点说明：
1. 一个位域必须存储在同一个字节中，不能跨两个字节。如一个字节所剩空间不够存放另一位域时，应从下一单元起存放该位域。也可以有意使某位域从下一单元开始。例如：
struct bs
{     unsigned a:4     unsigned b:5 /*从下一单元开始存放*/　//因为一个字节有8位，a占用了第一个字节的前4位，后4位为空，但b是5位，若全部存放在a的后4位，则空间不够，所以，从下一个字节开始存放     unsigned c:4 }
所以，a占用了一个字节，b占用了一个字节，c也占用了一个字节，其实只要将b和c的位置换一换，将只需要占用两个字节。
2. 由于位域不允许跨两个字节，因此位域的长度不能大于一个字节的长度。
 
3. 位域可以无位域名，这时它只用来作填充或调整位置。无名的位域是不能使用的。例如：
 
 

 

 

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

二、位域的使用
下面例子是参加一个公司（白领科技-青岛）的笔试遇到的，当时做错了，为了怕忘了，赶紧写下来。

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; }

解析：上例程序中定义了位域结构A，两个个位域为a（占用5位），b（占用3位），所以a和b总共占用了结构A一个字节（低位的一个字节）。

由于是32位处理器，而且结构体中a和b元素类型均为int（也是4个字节），所以结构体的A占用内存为4个字节。（即结构体所占的字节数必须要被4整除）

当程序运行到14行时，d内存分配情况：
 高位 00110100 00110011   00110001    00110000 低位
       '4'       '3'       '1'          '0'  //上面一行是用二进制表示的。
 其中d.a和d.b占用d低位一个字节（00110000）,d.a : 10000, d.b : 001

d.a内存中二进制表示为10000，由于d.a为有符号的整型变量，输出时要对符号位进行扩展，所以结果为-16（二进制为11111111111111111111111111110000）
d.b内存中二进制表示为001，由于d.b为有符号的整型变量，输出时要对符号位进行扩展，所以结果为1（二进制为00000000000000000000000000000001）
运行结果为：
使用位段只是基于方便的目的，任何可以用位段实现的任务都可以使用移位和屏蔽来实现。
位段提供的唯一优点是：简化了源代码，当然，这个优点必须与位段的移植性较弱这个缺点进行权衡。