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C 結構體位域,體位域

編輯:關於C語言

C 結構體位域,體位域


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。位段成員必須聲明為int、unsigned int或signed int類型(short char long)。

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; View Code

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. 如果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     
}     

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.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。

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。     

 

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); View Code

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。


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;
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++,GCC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 View Code


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

 

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