2012年（23）
分类： C/C++
2012-07-11 17:35:29
点击(此处)折叠或打开
位结构
位结构是一种特殊的结构, 在需按位访问一个字节或字的多个位时, 位结构比按位运算符更加方便。位结构定义的一般形式为:
struct位结构名{
数据类型 变量名: 整型常数;
数据类型 变量名: 整型常数;
} 位结构变量;
其中: 数据类型必须是int(unsigned或signed)。整型常数必须是非负的整数, 范围是0~15, 表示二进制位的个数, 即表示有多少位。变量名是选择项, 可以不命名, 这样规定是为了排列需要。
例如: 下面定义了一个位结构。
struct{
unsigned incon: 8;
unsigned txcolor: 4;
unsigned bgcolor: 3;
unsigned blink: 1;
}ch;
位结构成员的访问与结构成员的访问相同。
例如: 访问上例位结构中的bgcolor成员可写成:
ch.bgcolor
注意:
1. 位结构中的成员可以定义为unsigned, 也可定义为signed, 但当成员长度为1时, 会被认为是unsigned类型。因为单个位不可能具有符号。
2. 位结构中的成员不能使用数组和指针, 但位结构变量可以是数组和指针, 如果是指针, 其成员访问方式同结构指针。
3. 位结构总长度(位数), 是各个位成员定义的位数之和, 可以超过两个字节。
4. 位结构成员可以与其它结构成员一起使用。
例如:
struct info{
char name[8];
int age;
struct addr address;
float pay;
unsigned state: 1;
unsigned pay: 1;
}workers;'
上例的结构定义了关于一个工从的信息。其中有两个位结构成员, 每个位结构成员只有一位, 因此只占一个字节但保存了两个信息, 该字节中第一位表示工人的状态, 第二位表示工资是否已发放。由此可见使用位结构可以节省存贮空间。
问题的解答
结构struct x,有三个成员s1,s2,s3每一个成员占3 bit，结构与char c union ;
char 一般机器占一个字节(8 bit ,100 二进制值为:01100100,所以s1后三bit(6,7,8 bit) :100，s2为中间三位(3,4,5 bit)为100 s3为01,所以printf("%d/n",v.x.s3)是1,其它是4。现在大多数系统都是将低字位放在前面，而结构体中位域的申明一般是先声明高位。
100 的二进制是 001 100 100
低位在前 高位在后
001----s3
100----s2
100----s1
所以结果应该是 1
如果先申明的在低位则：
001----s1
100----s2
100----s3
结果是 4
其中unsigned short s1:3; 中的“：”又是什么意思？
指定位段, 3代表预定s1占3bit.
为什么是4?
struct
{
unsigned short s1:3; //一个字节. 虽然预定为3bit,但系统的存储空间为至少一字节.
unsigned short s2:3; //一个字节
unsigned short s3:3; //一个字节
}x;
这样在联合union中最大的成员为三个字节,而最终结果为了内存对齐(对齐为4的倍数).取为4.
位域 ：
有些信息在存储时，并不需要占用一个完整的字节， 而只需占几个或一个二进制位。例如在存放一个开关量时，只有0和1 两种状态， 用一位二进位即可。为了节省存储空间，并使处理简便，Ｃ语言又提供了一种数据结构，称为“位域”或“位段”。所谓“位域”是把一个字节中的二进位划分为几 个不同的区域， 并说明每个区域的位数。每个域有一个域名，允许在程序中按域名进行操作。 这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示。一、位域的定义和位域变量的说明位域定义与结构定义相仿，其形式为：
struct 位域结构名
{ 位域列表 };
其中位域列表的形式为： 类型说明符 位域名：位域长度
例如：
struct bs
{
int a:8;
int b:2;
int c:6;
};
位域变量的说明与结构变量说明的方式相同。 可采用先定义后说明，同时定义说明或者直接说明这三种方式。例如：
struct bs
{
int a:8;
int b:2;
int c:6;
}data;
说明data为bs变量，共占两个字节。其中位域a占8位，位域b占2位，位域c占6位。对于位域的定义尚有以下几点说明：
1. 一个位域必须存储在同一个字节中，不能跨两个字节（这个限制好像仅限于char型）。如一个字节所剩空间不够存放另一位域时，应从下一单元起存放该位域。也可以有意使某位域从下一单元开始。例如：
struct bs
{
unsigned a:4
unsigned :0 /*空域*/
unsigned b:4 /*从下一单元开始存放*/
unsigned c:4
}
在这个位域定义中，a占第一字节的4位，后4位填0表示不使用，b从第二字节开始，占用4位，c占用4位。
2. 由于位域不允许跨两个字节，因此位域的长度不能大于一个字节的长度，也就是说不能超过8位二进位。
3. 位域可以无位域名，这时它只用来作填充或调整位置。无名的位域是不能使用的。例如：
struct k
{
int a:1
int :2 /*该2位不能使用*/
int b:3
int c:2
};
从以上分析可以看出，位域在本质上就是一种结构类型， 不过其成员是按二进位分配的。
二、位域的使用位域的使用和结构成员的使用相同，其一般形式为： 位域变量名•位域名 位域允许用各种格式输出。
main(){
struct bs
{
unsigned a:1;
unsigned b:3;
unsigned c:4;
} bit,*pbit;
bit.a=1;
bit.b=7; //注意：位域的赋值不能超过该域所能表示的最大值，如b只有3位，能表示的最大数为7，若赋为8，就会出错
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);
}
上例程序中定义了位域结构bs，三个位域为a,b,c。说明了bs类型的变量bit和指向bs类型的指针变量pbit。这表示位域也是可以使用指针的。
程序的9、10、11三行分别给三个位域赋值。( 应注重赋值不能超过该位域的答应范围)程序第12行以整型量格式输出三个域的内容。第13行把位域变量bit的地址送给指针变量pbit。第14行用指针 方式给位域a重新赋值，赋为0。第15行使用了复合的位运算符"&="， 该行相当于： pbit->b=pbit->b&3位域b中原有值为7，与3作按位与运算的结果为3(111&011=011,十进制值为 3)。同样，程序第16行中使用了复合位运算"="， 相当于： pbit->c=pbit->c1其结果为15。程序第17行用指针方式输出了这三个域的值。
我们再来看看下面两个结构体定义：
struct foo2 {
char a : 2;
char b : 3;
char c : 1;
};
struct foo3 {
char a : 2;
char b : 3;
char c : 7;
};
我们来打印一下这两个结构体的大小，我们得到的结果是：
sizeof(struct foo2) = 1
sizeof(struct foo3) = 2
显然都不是我们期望的，如果按照正常的内存对齐规则， 这两个结构体大小均应该为3才对，那么问题出在哪了呢？首先通过这种现象我们可以肯定的是：带有'位域'的结构体并不是按照每个域对齐的，而是将一些位域 成员'捆绑'在一起做对齐的。以foo2为例，这个结构体中所有的成员都是char型的，而且三个位域占用的总空间为6 bit < 8 bit(1 byte)，这时编译器会将这三个成员'捆绑'在一起做对齐，并且以最小空间作代价，这就是为什么我们得到sizeof(struct foo2) = 1这样的结果的原因了。再看看foo3这个结构体，同foo2一样，三个成员类型也都是char型，但是三个成员位域所占空间之和为9 bit > 8 bit(1 byte)，这里位域是不能跨越两个成员基本类型空间的，这时编译器将a和b两个成员'捆绑'按照char做对齐，而c单独拿出来以char类型做对齐， 这样实际上在b和c之间出现了空隙，但这也是最节省空间的方法了。我们再看一种结构体定义：
struct foo4 {
char a : 2;
char b : 3;
int c : 1;
};
在foo4中虽然三个位域所占用空间之和为6 bit < 8 bit(1 byte)，但是由于char和int的对齐系数是不同的，是不能捆绑在一起，那是不是a、b捆绑在一起按照char对齐，c单独按照int对齐呢？我们 打印一下sizeof(struct foo4)发现结果为8，也就是说编译器把a、b、c一起捆绑起来并以int做对齐了。就是说不够一个类型的size时，将按其中最大的那个类型对齐。此 处按int对齐。
网上有如下的解释:
/*************************************************************************
C99规定int、unsigned int和bool可以作为位域类型，但编译器几乎都对此作了扩展，
允许其它类型类型的存在。
使用位域的主要目的是压缩存储，其大致规则为：
1) 如果相邻位域字段的类型相同，且其位宽之和小于类型的sizeof大小，则后面的字
段将紧邻前一个字段存储，直到不能容纳为止；
2) 如果相邻位域字段的类型相同，但其位宽之和大于类型的sizeof大小，则后面的字
段将从新的存储单元开始，其偏移量为其类型大小的整数倍；(经测试此条好像仅限于char型，整型可以跨域存储)
3) 如果相邻的位域字段的类型不同，则各编译器的具体实现有差异，VC6采取不压缩方
式，Dev-C++采取压缩方式；
4) 如果位域字段之间穿插着非位域字段，则不进行压缩；
5) 整个结构体的总大小为最宽基本类型成员大小的整数倍。
***************************************************************************/
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
第一个结构体中，i，j，a共占15个位，不足8个字节，按double 8字节对齐，共16字节
