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位域的定義和使用 C Bit Fields

位域的定義和使用 

  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;   //這裡8後可以跟 , 或 ;   都是合法的。

 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 /*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 /*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"|=", 相當於: PBit->c=PBit->c|1其結果為15。程式第17行用指標方式輸出了這三個域的值。 

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,則後面的欄位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,則後面的欄位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