位域说明

struct bs{
    unsigned m;
    unsigned n: 4;
    unsigned char ch: 6;
}

说明:

  1. 使用: 后面加上数字的形式,限定变量占用的bit数目,不指定:, 默认为类型的bit
  2. 上面中m未指定位数所以是 4Byte,n是4bit,ch是6bit
  3. 当给定的成员变量赋值的时候,如果超出给定限制位数,超出的部分被截断
  4. 位域的宽度不能超过它所依附的数据类型的长度,成员变量都是有类型的,这个类型限制了成员变量的最大长度,:后面的数字不能超过这个长度
  5. 上面的 bs,n 的类型是 unsigned int,长度为 4 个字节,共计 32 位,那么 n 后面的数字就不能超过 32;ch 的类型是 unsigned char,长度为 1 个字节,共计 8 位,那么 ch 后面的数字就不能超过 8
  6. C语言标准还规定,只有有限的几种数据类型可以用于位域。在 ANSI C 中,这几种数据类型是 int、signed int 和 unsigned int(int 默认就是 signed int);到了 C99,_Bool 也被支持了
    但编译器在具体实现时都进行了扩展,额外支持了 char、signed char、unsigned char 以及 enum 类型,所以上面的代码虽然不符合C语言标准,但它依然能够被编译器支持

位域的存储

语言标准并没有规定位域的具体存储方式,不同的编译器有不同的实现,但它们都尽量压缩存储空间

位域的具体存储规则如下:

1) 当相邻成员的类型相同时,如果它们的位宽之和小于类型的 sizeof 大小,那么后面的成员紧邻前一个成员存储,直到不能容纳为 止;如果它们的位宽之和大于类型的 sizeof 大小,那么后面的成员将从新的存储单元开始,其偏移量为类型大小的整数倍

2) 当相邻成员的类型不同时,不同的编译器有不同的实现方案,GCC 会压缩存储,而 VC/VS 不会

#include <stdio.h>
int main(){
    struct bs{
        unsigned m: 12;
        unsigned char ch: 4;
        unsigned p: 4;
    };
    printf("%d\n", sizeof(struct bs));
    return 0;
}
在 GCC 下的运行结果为 4,三个成员挨着存储;在 VC/VS 下的运行结果为 12,三个成员按照各自的类型存储(与不指定位宽时的存储方式相同)。
  1. 如果成员之间穿插着非位域成员,那么不会进行压缩。例如对于下面的 bs:
struct bs{
    unsigned m: 12;
    unsigned ch;
    unsigned p: 4;
};

在各个编译器下 sizeof 的结果都是 12。

通过上面的分析,我们发现位域成员往往不占用完整的字节,有时候也不处于字节的开头位置,因此使用&获取位域成员的地址是没有意义的,C语言也禁止这样做。地址是字节(Byte)的编号,而不是位(Bit)的编号。

无名位域

位域成员可以没有名称,只给出数据类型和位宽,如下所示:

struct bs{
    int m: 12;
    int  : 20;  //该位域成员不能使用
    int n: 4;
};

无名位域一般用来作填充或者调整成员位置。因为没有名称,无名位域不能使用。

上面的例子中,如果没有位宽为 20 的无名成员,m、n 将会挨着存储,sizeof(struct bs) 的结果为 4;有了这 20 位作为填充,m、n 将分开存储,sizeof(struct bs) 的结果为 8。

一个圆,圆内是你会的,圆外是你不知道的。而当圆越大,你知道的越多,不知道的也越多了