C語言快速掌握位段使用

更新時間：2022年09月23日 08:34:53 作者：暴躁小程序猿

位段位段的聲明和結(jié)構(gòu)是類似的，但是也會有所不同，此篇文章將帶你了解位段是什么已以及位段的使用和位段的特性，文中通過示例代碼介紹的非常詳細，對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學習吧

一、位段是什么

位段的聲明和結(jié)構(gòu)是類似的，有兩個不同

1.位段的成員必須是 int、unsigned int 或signed int 。

2.位段的成員名后邊有一個冒號和一個數(shù)字。

舉例如下：

struct A
{
    int _a:2;
    int _b:5;
    int _c:10;
    int _d:30;
    };

這個A就是一個位段。

但是結(jié)構(gòu)體可以根據(jù)結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊確定一個結(jié)構(gòu)體的大小，但是位段的大小怎么確定呢？

位段A的大小是多少呢？

printf("%d\n", sizeof(struct A));

我們利用sizeof操作符來測一下這個A位段的大小是8個字節(jié)

但是根據(jù)常理來說應該是16個字節(jié)呀，我們和結(jié)構(gòu)體對比分析

struct s
{
    int a;
    int b;
    int c;
    int d;
    };
   int main()
   {
     printf("%d\n", sizeof(struct s));//16個字節(jié)
     return 0;
     }

對比發(fā)現(xiàn)位段不是根據(jù)他的數(shù)據(jù)類型來分配內(nèi)存的。接下來我們看看位段是怎么分配內(nèi)存的。

二、位段的內(nèi)存分配

2.1位段內(nèi)存分配的原則

位段的成員可以是 int unsigned int signed int 或者是 char （屬于整形家族）類型
位段的空間上是按照需要以4個字節(jié)（ int ）或者1個字節(jié)（ char ）的方式來開辟的。
位段涉及很多不確定因素，位段是不跨平臺的，注重可移植的程序應該避免使用位段。ps：雖然位段是不跨平臺的，但是我們可以根據(jù)平臺的不同編寫不同的代碼

struct A
{
    int _a:2;     //雖然a是int型但是他所分配的內(nèi)存根據(jù)冒號之后的數(shù)字確定，a冒號后面是2，所以他只占用2個比特位
    int _b:5;    //同理，b成員只需要5個比特位
    int _c:10;    //10個比特位
    int _d:30;    //30個比特位
    };

那么我們發(fā)現(xiàn)這個字段A一共需要47個比特位，好像6個字節(jié)就可以完成存儲，但是事實并非如此，我們根據(jù)位段的內(nèi)存分配原則，位段的成員是int類型所以按照需要以4個字節(jié)的方式開辟，我們先開辟4個字節(jié)的空間，即32個比特位，我們可以存儲a，b，c但是存儲d的時候發(fā)現(xiàn)內(nèi)存不夠了，我們再次按照需求再一次開辟4個字節(jié)的空間，最終開辟了8個字節(jié)的空間而非6個字節(jié)的空間來存儲位段A。

但是a，b，c存儲之后還剩下15個比特位，這些比特位還用不用呢？

答案是不確定的，每個編譯器的處理方式都是不一樣的，在VS環(huán)境下就浪費掉了，位段依舊有很多的不確定性。下面用圖例理想表示一下在VS環(huán)境下位段的存儲：

代碼如下：

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
struct S
{
  	char a : 3;    //a占3個比特位,以下同理
  	char b : 4;    
  	char c : 5;
  	char d : 4;
};
int main()
{
//printf("%d\n", sizeof(struct S));
	struct S s = { 0 };
	s.a = 10;       // 賦值給位段的成員
	s.b = 12;
	s.c = 3;
	s.d = 4;
  return 0;
}

2.2位段內(nèi)存分配圖解

假設內(nèi)存都是由低位向高位使用的，即從右向左使用：

我們將這3個字節(jié)的內(nèi)存中都用0進行初始化：

struct S s = {<!--{C}%3C!%2D%2D%20%2D%2D%3E--> 0 };

三、位段的跨平臺問題

int 位段被當成有符號數(shù)還是無符號數(shù)是不確定的。

int的最高位原本是符號位，但是int位段是有符號數(shù)還是無符號數(shù)是不確定的。位段中最大位的數(shù)目不能確定。（16位機器最大16，32位機器最大32，寫成27，在16位機器會出問題。

（16位機器最大可以處理16位數(shù)據(jù)，尋址空間也只有16位，但是如果傳入27位數(shù)據(jù)就會出問題）

ps：int在16位操作系統(tǒng)下占2個字節(jié)。位段中的成員在內(nèi)存中從左向右分配，還是從右向左分配標準尚未定義。

上圖只是假設我們從右向左使用，但是分配表示尚未定義，所以也是不確定的。當一個結(jié)構(gòu)包含兩個位段，第二個位段成員比較大，無法容納于第一個位段剩余的位時，是舍棄剩余的位還是利用，這是不確定的。

總結(jié)：

跟結(jié)構(gòu)相比，位段可以達到同樣的效果，但是可以很好的節(jié)省空間，但是有跨平臺的問題存在。

犧牲了它的可移植性，但是節(jié)省了空間，可以根據(jù)需求選擇。

為什么說和結(jié)構(gòu)相比，位段可以節(jié)省空間呢？

代碼如下（示例）：

struct A
{
    int _a:2;     //雖然a是int型但是他所分配的內(nèi)存根據(jù)冒號之后的數(shù)字確定，a冒號后面是2，所以他只占用2個比特位
    int _b:5;    //同理，b成員只需要5個比特位
    int _c:10;    //10個比特位
    int _d:30;    //30個比特位
    };

比如這個代碼，假設a的取值只可能是0，1，2，3，如果用結(jié)構(gòu)寫的話會給a分配4個字節(jié)的空間也就是32個比特位，但是a最大需要的比特位是2位，所以會大大造成浪費，并且結(jié)構(gòu)體還存在結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊問題，犧牲了空間提高了時間效率。