從問題開始
#include
void main()
{
union
{
struct
{
unsigned short s1:3;
unsigned short s2:3;
unsigned short s3:3;
}x;
char c;
}v;
v.c=100;
printf("%d/n",v.x.s3);
}
A:4 B:0 C:3 D:6
答案是A
但我在TURBO C中運行答案是1
請問 是因為TURBO C 版本在原因而運行結果不一樣嗎？
我用在TURBO C V2.0版本，能解釋一下為甚麼是4或1？
而v.x.s1和v.x.s2的 值 在TURBO C V2.0版本運行的結果是4？
其中unsigned short s1:3; 中的“：”又是什麼意思？
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位結構
位結構是一種特殊的結構, 在需按位訪問一個字節或字的多個位時, 位結構比按位運算符更加方便。位結構定義的一般形式為:
struct位結構名{
數據類型 變量名: 整型常數;
數據類型 變量名: 整型常數;
} 位結構變量;
其中: 數據類型必須是int(unsigned或signed)。整型常數必須是非負的整數, 范圍是0~15, 表示二進制位的個數, 即表示有多少位。變量名是選擇項, 可以不命名, 這樣規定是為了排列需要。
例如: 下面定義了一個位結構。
struct{
unsigned incon: 8;
unsigned txcolor: 4;
unsigned bgcolor: 3;
unsigned blink: 1;
}ch;
位結構成員的訪問與結構成員的訪問相同。
例如: 訪問上例位結構中的bgcolor成員可寫成:
ch.bgcolor
注意:
1. 位結構中的成員可以定義為unsigned, 也可定義為signed, 但當成員長度為1時, 會被認為是unsigned類型。因為單個位不可能具有符號。
2. 位結構中的成員不能使用數組和指針, 但位結構變量可以是數組和指針, 如果是指針, 其成員訪問方式同結構指針。
3. 位結構總長度(位數), 是各個位成員定義的位數之和, 可以超過兩個字節。
4. 位結構成員可以與其它結構成員一起使用。
例如:
struct info{
char name[8];
int age;
struct addr address;
float pay;
unsigned state: 1;
unsigned pay: 1;
}workers;'
上例的結構定義了關於一個工從的信息。其中有兩個位結構成員, 每個位結構成員只有一位, 因此只占一個字節但保存了兩個信息, 該字節中第一位表示工人的狀態, 第二位表示工資是否已發放。由此可見使用位結構可以節省存貯空間。
問題的解答
結構struct x,有三個成員s1,s2,s3每一個成員占3 bit，結構與char c union ;
char 一般機器占一個字節(8 bit ,100 二進制值為:01100100,所以s1後三bit(6,7,8 bit) :100，s2為中間三位(3,4,5 bit)為100 s3為01,所以printf("%d/n",v.x.s3)是1,其它是4。現在大多數系統都是將低字位放在前面，而結構體中位域的申明一般是先聲明高位。
100 的二進制是 001 100 100
低位在前 高位在後
001----s3
100----s2
100----s1
所以結果應該是 1
如果先申明的在低位則：
001----s1
100----s2
100----s3
結果是 4
其中unsigned short s1:3; 中的“：”又是什麼意思？
指定位段, 3代表預定s1占3bit.
為什麼是4?
struct
{
unsigned short s1:3; //一個字節. 雖然預定為3bit,但系統的存儲空間為至少一字節.
unsigned short s2:3; //一個字節
unsigned short s3:3; //一個字節
}x;
這樣在聯合union中最大的成員為三個字節,而最終結果為了內存對齊(對齊為4的倍數).取為4.
位域 ：
有些信息在存儲時，並不需要占用一個完整的字節， 而只需占幾個或一個二進制位。例如在存放一個開關量時，只有0和1 兩種狀態， 用一位二進位即可。為了節省存儲空間，並使處理簡便，Ｃ語言又提供了一種數據結構，稱為“位域”或“位段”。所謂“位域”是把一個字節中的二進位劃分為幾 個不同的區域， 並說明每個區域的位數。每個域有一個域名，允許在程序中按域名進行操作。 這樣就可以把幾個不同的對象用一個字節的二進制位域來表示。一、位域的定義和位域變量的說明位域定義與結構定義相仿，其形式為：
struct 位域結構名
{ 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
例如：
struct bs
{
int a:8;
int b:2;
int c:6;
};
位域變量的說明與結構變量說明的方式相同。 可采用先定義後說明，同時定義說明或者直接說明這三種方式。例如：
struct bs
{
int a:8;
int b:2;
int c:6;
}data;
說明data為bs變量，共占兩個字節。其中位域a占8位，位域b占2位，位域c占6位。對於位域的定義尚有以下幾點說明：
1. 一個位域必須存儲在同一個字節中，不能跨兩個字節（這個限制好像僅限於char型）。如一個字節所剩空間不夠存放另一位域時，應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：
struct bs
{
unsigned a:4
unsigned :0 /*空域*/
unsigned b:4 /*從下一單元開始存放*/
unsigned c:4
}
在這個位域定義中，a占第一字節的4位，後4位填0表示不使用，b從第二字節開始，占用4位，c占用4位。
2. 由於位域不允許跨兩個字節，因此位域的長度不能大於一個字節的長度，也就是說不能超過8位二進位。
3. 位域可以無位域名，這時它只用來作填充或調整位置。無名的位域是不能使用的。例如：
struct k
{
int a:1
int :2 /*該2位不能使用*/
int b:3
int c:2
};
從以上分析可以看出，位域在本質上就是一種結構類型， 不過其成員是按二進位分配的。
二、位域的使用位域的使用和結構成員的使用相同，其一般形式為： 位域變量名•位域名 位域允許用各種格式輸出。
main(){
struct bs
{
unsigned a:1;
unsigned b:3;
unsigned c:4;
} bit,*pbit;
bit.a=1;
bit.b=7; //注意：位域的賦值不能超過該域所能表示的最大值，如b只有3位，能表示的最大數為7，若賦為8，就會出錯
bit.c=15;
printf("%d,%d,%d/n",bit.a,bit.b,bit.c);
pbit=&bit;
pbit->a=0;
pbit->b&=3;
pbit->c=1;
printf("%d,%d,%d/n",pbit->a,pbit->b,pbit->c);
}
上例程序中定義了位域結構bs，三個位域為a,b,c。說明了bs類型的變量bit和指向bs類型的指針變量pbit。這表示位域也是可以使用指針的。
程序的9、10、11三行分別給三個位域賦值。( 應注重賦值不能超過該位域的答應范圍)程序第12行以整型量格式輸出三個域的內容。第13行把位域變量bit的地址送給指針變量pbit。第14行用指針 方式給位域a重新賦值，賦為0。第15行使用了復合的位運算符"&="， 該行相當於： pbit->b=pbit->b&3位域b中原有值為7，與3作按位與運算的結果為3(111&011=011,十進制值為 3)。同樣，程序第16行中使用了復合位運算"="， 相當於： pbit->c=pbit->c1其結果為15。程序第17行用指針方式輸出了這三個域的值。
我們再來看看下面兩個結構體定義：
struct foo2 {
char a : 2;
char b : 3;
char c : 1;
};
struct foo3 {
char a : 2;
char b : 3;
char c : 7;
};
我們來打印一下這兩個結構體的大小，我們得到的結果是：
sizeof(struct foo2) = 1
sizeof(struct foo3) = 2
顯然都不是我們期望的，如果按照正常的內存對齊規則， 這兩個結構體大小均應該為3才對，那麼問題出在哪了呢？首先通過這種現象我們可以肯定的是：帶有'位域'的結構體並不是按照每個域對齊的，而是將一些位域 成員'捆綁'在一起做對齊的。以foo2為例，這個結構體中所有的成員都是char型的，而且三個位域占用的總空間為6 bit < 8 bit(1 byte)，這時編譯器會將這三個成員'捆綁'在一起做對齊，並且以最小空間作代價，這就是為什麼我們得到sizeof(struct foo2) = 1這樣的結果的原因了。再看看foo3這個結構體，同foo2一樣，三個成員類型也都是char型，但是三個成員位域所占空間之和為9 bit > 8 bit(1 byte)，這裡位域是不能跨越兩個成員基本類型空間的，這時編譯器將a和b兩個成員'捆綁'按照char做對齊，而c單獨拿出來以char類型做對齊， 這樣實際上在b和c之間出現了空隙，但這也是最節省空間的方法了。我們再看一種結構體定義：
struct foo4 {
char a : 2;
char b : 3;
int c : 1;
};
在foo4中雖然三個位域所占用空間之和為6 bit < 8 bit(1 byte)，但是由於char和int的對齊系數是不同的，是不能捆綁在一起，那是不是a、b捆綁在一起按照char對齊，c單獨按照int對齊呢？我們 打印一下sizeof(struct foo4)發現結果為8，也就是說編譯器把a、b、c一起捆綁起來並以int做對齊了。就是說不夠一個類型的size時，將按其中最大的那個類型對齊。此 處按int對齊。
網上有如下的解釋:
/*************************************************************************
C99規定int、unsigned int和bool可以作為位域類型，但編譯器幾乎都對此作了擴展，
允許其它類型類型的存在。
使用位域的主要目的是壓縮存儲，其大致規則為：
1) 如果相鄰位域字段的類型相同，且其位寬之和小於類型的sizeof大小，則後面的字
段將緊鄰前一個字段存儲，直到不能容納為止；
2) 如果相鄰位域字段的類型相同，但其位寬之和大於類型的sizeof大小，則後面的字
段將從新的存儲單元開始，其偏移量為其類型大小的整數倍；(經測試此條好像僅限於char型，整型可以跨域存儲)
3) 如果相鄰的位域字段的類型不同，則各編譯器的具體實現有差異，VC6采取不壓縮方
式，Dev-C++采取壓縮方式；
4) 如果位域字段之間穿插著非位域字段，則不進行壓縮；
5) 整個結構體的總大小為最寬基本類型成員大小的整數倍。
***************************************************************************/
struct s1
{
int i: 8;
int j: 4;
int a: 3;
double b;
};
struct s2
{
int i: 8;
int j: 4;
double b;
int a:3;
};
printf("sizeof(s1)= %d/n", sizeof(s1));
printf("sizeof(s2)= %d/n", sizeof(s2));
result: 16, 24
第一個結構體中，i，j，a共占15個位，不足8個字節，按double 8字節對齊，共16字節
第二個結構體中，i，j共占12位，不足8字節，按8字節對齊，a也按8字節對齊，加上double共8+8+8=24個字節
位域的定義如下 ：
有些信息在存儲時，並不需要占用一個完整的字節， 而只需占幾個或一個二進制位。例如在存放一個開關量時，只有0和1 兩種狀態， 用一位二進位即可。為了節省存儲空間，並使處理簡便，Ｃ語言又提供了一種數據結構，稱為“位域”或“位段”。所謂“位域”是把一個字節中的二進位劃分為幾 個不同的區域， 並說明每個區域的位數。每個域有一個域名，允許在程序中按域名進行操作。 這樣就可以把幾個不同的對象用一個字節的二進制位域來表示。一、位域的定義和位域變量的說明位域定義與結構定義相仿，其形式為：
struct 位域結構名
{ 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
位域有幾點說明：
1、一個字節所剩空間不夠存放另一位域時，應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，比如利用空域和無位域名的位域。
2、位域的長度不能大於數據類型本身的長度，比如int類型就能超過32位二進位。有其他人說是不能超過8位，我在我的機子上（linux as4系統）是可以實現int ：32的位域長度的。莫非是位域重新進行定義了？
3、位域可以無位域名，這時它只用來作填充或調整位置。無名的位域是不能使用的。
二、位域的使用位域的使用和結構成員的使用相同，其一般形式為： 位域變量名·位域名
位域允許用各種格式輸出。
舉個例子：
1 #include <stdio.h>
2
3 int main()
4 {
5 struct bs
6 {
7 char a:1;
8 char b:3;
9 char :0; /*空域*/
10 char c:4;
11 char :6; /*無位域名的位域*/
12 int e:18;
13 } __attribute__((packed)); /*必須增加__attribute__((packed))，否則對齊的時候會和預計結果不同*/
14
15 struct bs bit,*pbit;
16
17 printf("size of char is %d/n", sizeof(char));
18 printf("size of int is %d/n", sizeof(int));
19
20 printf("size of bit is %d/n", sizeof(bit));
21
22 return 0;
23 }
運行的結果1如下：
size of char is 1
size of int is 4
size of bit is 4
如果把程序第12行的e：18改為19的話，那麼運行結果2如下：
size of char is 1
size of int is 4
size of bit is 5
如果把程序第13行的__attribute__((packed))去掉，那麼運行結果3如下：
size of char is 1
size of int is 4
size of bit is 8
對運行結果123進行比較可以得知：
1、位域長度可以大於8，具體看數據類型，我測試了每一種數據類型，每一種類型的最大位域長度均為自身類型的長度；
2、空域的作用在添加了__attribute__((packed))之後失效；
3、未添加__attribute__((packed))的位域會對數據進行對齊：
例如：
struct bf
{
char a:5;
int b:27;
};
bf的字節數為4，如果將a的位域改為6，那麼a和b的位域長度和超過int的長度32，int類型根據自身長度的倍數進行對齊，所以bf的字節數則變為8。
同樣
struct bf
{
int b:27;
char a:5;
}
也有同樣的結論。
如果添加了了__attribute__((packed))，那麼系統會對數據進行壓縮，而不會發生bf的結果。
