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C語言位域

有些資訊在儲存時,並不需要佔用一個完整的位元組, 而只需佔幾個或一個二進位制位。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。為了節省儲存空間,並使處理簡便,C語言又提供了一種資料結構,稱為“位域”或“位段”。所謂“位域”是把一個位元組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,允許在程式中按域名進行操作。 這樣就可以把幾個不同的物件用一個位元組的二進位制位域來表示。

一、位域的定義和位域變數的說明

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: 型別說明符 位域名:位域長度例如:

struct bs
{
    int a:8;
    int b:2;
    int c:6;
};

位域變數的說明與結構變數說明的方式相同。 可採用先定義後說明,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變數,共佔兩個位元組。其中位域a佔8位,位域b佔2位,位域c佔6位。對於位域的定義尚有以下幾點說明:1. 一個位域必須儲存在同一個位元組中,不能跨兩個位元組。如一個位元組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;
    unsigned b:4;
    unsigned c:4;
}

在這個位域定義中,a佔第一位元組的4位,後4位填0表示不使用,b從第二位元組開始,佔用4位,c佔用4位。2. 由於位域不允許跨兩個位元組,因此位域的長度不能大於一個位元組的長度,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;
    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型別, 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:位域變數名·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;
    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);
}

上例程式中定義了位域結構bs,三個位域為a,b,c。說明了bs型別的變數bit和指向bs型別的指標變數pbit。這表示位域也是可以使用指標的。程式的9、10、11三行分別給三個位域賦值。( 應注意賦值不能超過該位域的允許範圍)程式第12行以整型量格式輸出三個域的內容。第13行把位域變數bit的地址送給指標變數pbit。第14行用指標方式給位域a重新賦值,賦為0。第15行使用了複合的位運算子"&=",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=011,十進位制值為3)。同樣,程式第16行中使用了複合位運算"|=".之所以要有透析基礎知識這麼個分欄,就是告訴大家重 在細節的道理,粗略的東西誰都懂,修煉內功為高手的必經之路.前面的內容存在缺陷,具體還要參考如下文章:C99規定int、unsigned int和bool可以作為位域型別,但編譯器幾乎都對此作了擴充套件,允許其它型別型別的存在。

使用位域的主要目的是壓縮儲存,其大致規則為: 1) 如果相鄰位域欄位的型別相同,且其位寬之和小於型別的sizeof大小,則後面的字 段將緊鄰前一個欄位儲存,直到不能容納為止; 2) 如果相鄰位域欄位的型別相同,但其位寬之和大於型別的sizeof大小,則後面的字 段將從新的儲存單元開始,其偏移量為其型別大小的整數倍; 3) 如果相鄰的位域欄位的型別不同,則各編譯器的具體實現有差異,VC6採取不壓縮方 式,Dev-C++採取壓縮方式; 4) 如果位域欄位之間穿插著非位域欄位,則不進行壓縮; 5) 整個結構體的總大小為最寬基本型別成員大小的整數倍。

typedef struct  AA
{
       unsigned char b1:5;
       unsigned char b2:5;
       unsigned char b3:5;
       unsigned char b4:5;
       unsigned char b5:5;
}AA;

sizeof(AA) = 5; 但實際上只用了25位,即4個位元組,

(1)

typedef struct  AA
{
       unsigned int b1:5;
       unsigned int b2:5;
       unsigned int b3:5;
       unsigned int b4:5;
       unsigned int b5:5;
}AA;

(2)

typedef struct  AA
{
       unsigned int b1:5;
       unsigned int b2:5;
       unsigned int b3:5;
       unsigned int b4:5;
       unsigned int b5:5;
       unsigned int b6:5;
       unsigned int b7:5;
}AA;

(1)是5個成員,按第一條規則,共佔25位,按第五條規則,即sizeof(AA)=4 現把成員加到7個,參考(2),按第一條規則,共佔35位,按第五條規則,即sizeof(AA)=8,

再看一個例子:

 struct test1

{

char a:1;

char :2;

long b:3;

char c:2;

};

int len = sizeof(test1);

對於上述例子,len的值應該是12.解釋如下: 

首先以最長的型別位寬做為偏移量,最長的是long型,佔4位,所以不同型別之間應該是4個位元組的偏移,即test1應該是4位元組的整數倍。 

char a:1; //用一個位元組去儲存

char :2;  //空域。因為與前面的a的型別相同,而兩個位域的位寬相加仍然少於8位,所以依然用1個位元組表示

long b:3; //long型別的位寬是4個位元組,與前面的char型別不同,所以b與a之間偏移4個位元組,它們之間自動補充3個位元組 

char c:2; //因為c與b又不同型,以test1中的最長的long型別的位寬進行偏移,所以雖然char只用1個位元組就夠了

//但依然要佔4個位元組。

總共是12位元組。

///////////////////////

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struct s1

  {

  int i: 8;

  int j: 4;

  int a: 3;

  double b;

  };

  理論上是這樣的,首先是i在相對0的位置,佔8位一個位元組,然後,j就在相對一個位元組的位置,由於一個位置的位元組數是4位的倍數,因此不用對齊,就放 在那裡了,然後是a,要在3位的倍數關係的位置上,因此要移一位,在15位的位置上放下,目前總共是18位,折算過來是2位元組2位的樣子,由於 double是8 位元組的,因此要在相對0要是8個位元組的位置上放下,因此從18位開始到8個位元組之間的位置被忽略,直接放在8位元組的位置了,因此,總共是16位元組。