位域的概念

1个字节包含8位,有些变量保存的数据不需要占用这么长的空间(比如bool类型,只有两个状态true和false, 1位就可以搞定,剩下的7位就浪费了),这就催生了“位域”结构,位域将1个字节划分成不同的区域,每个区域都有个位域名,程序员可以代码通过位域名访问其中的数据。

位域的声明

类型 位域名:位域长度;

位域结构体,我理解是一种特殊的结构体,其成员变量都是位域,声明如下

struct 位域结构名
{
  类型说明符 位域名:位域长度;
  ...
  类型说明符 位域名:位域长度;
};

基本原则

现有一个简单的结构体

typedef struct Test1
{
char a:;
int b:;
}test1;

1. 位域变量的长度不能大于其类型的长度(sizeof(类型) * 8)

变量char has_assoc的类型位char 1字节 8位,小于定义的10,所以编译器警告

2.  不能用于位域字段的操作:取地址操作符&,取偏移量操作

位域是若干位空间,是没有地址的

3. 位域可以是无名位域,无名位域只能用作填充或调整位置,不能使用。

typedef struct Test1
{
char a:;
int b:;
int :;
}test1;

4. 位域字段不能声明为类的静态成员

5. 位域结构体的大小必须是其最长基本类型大小的整数倍(sizeof(类型) * 8)

6.如果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:
unsigned : /*空域*/
unsigned b: /*从下一单元开始存放*/
unsigned c:
}

这个位域定义中,a占第一字节的4位,后4位填0表示不使用,b从第二字节开始,占用4位,c占用4位。

7.不够一个类型的size时,将按其中最大的那个类型对齐。

struct foo4 {
char a : ;
char b : ;
int c : ;
};

foo4中虽然三个位域所占用空间之和为6 bit < 8 bit(1 byte),但是由于char和int的对齐系数是不同的,是不能捆绑在一起,那是不是a、b捆绑在一起按照char对齐,c单独按照int对齐呢?我们 打印一下sizeof(struct foo4)发现结果为8,也就是说编译器把a、b、c一起捆绑起来并以int做对齐了。

8.如果位域字段之间穿插着非位域字段,则不进行压缩;

typedef struct Test1
{
char a:;
int b:;
}test1;
//运行结果:4
typedef struct Test1
{
char a:;
int b:;
long c;
}test1;
//运行结果:16

总结:

1) 如果相邻位域字段的类型相同,且其位宽之和小于类型的sizeof大小,则后面的字段将紧邻前一个字段存储,直到不能容纳为止
2) 如果相邻位域字段的类型相同,但其位宽之和大于类型的sizeof大小,则后面的字段将从新的存储单元开始,其偏移量为其类型大小的整数倍;
3) 如果相邻的位域字段的类型不同,则各编译器的具体实现有差异,VC6采取不压缩方式,GCC采取压缩方式;
4) 如果位域字段之间穿插着非位域字段,则不进行压缩;
5) 整个结构体的总大小为最宽基本类型成员大小的整数倍。

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