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C_語言中一個(gè)位域(位段)結(jié)構(gòu)占多少個(gè)字節(jié)?

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2023-03-09 19:23:16    作者:江泓鐫    瀏覽次數(shù):135
導(dǎo)讀

在c語言中提供一個(gè)一種叫 “位域” 或者 “位段” 得數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它得存在是為了更加得節(jié)省空間。因?yàn)樵谟行?shí)際需求中,并不需要占用一個(gè)完整得字節(jié),而只是需要一個(gè)或者幾個(gè)二進(jìn)制位。比如存在一個(gè)開關(guān)量時(shí),只有 0

在c語言中提供一個(gè)一種叫 “位域” 或者 “位段” 得數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它得存在是為了更加得節(jié)省空間。因?yàn)樵谟行?shí)際需求中,并不需要占用一個(gè)完整得字節(jié),而只是需要一個(gè)或者幾個(gè)二進(jìn)制位。比如存在一個(gè)開關(guān)量時(shí),只有 0 和 1 兩種狀態(tài),只需要一個(gè)二進(jìn)制位存儲(chǔ)即可。

位域得定義如下:

struct 位域結(jié)構(gòu)名{ 位域列表 };
其中位域列表得形式為:類型說明符 位域名:位域長度

例如,

struct test{
int a:3;
int b:2;
int c:6;
};

位域得變量得說明 與結(jié)構(gòu)體得方式一樣,有三種方式:先定義后說明、同時(shí)定義說明、直接說明。

在聲明時(shí),位段成員必須是整形或枚舉類型(通常是無符號(hào)類型)。

結(jié)構(gòu)中也可以包含無名位域,作為相鄰成員之間得填充或調(diào)整位置。無名位域無法被引用,它們得內(nèi)容在運(yùn)行時(shí)是不可預(yù)測(cè)得。

struct s{
unsigned int a:4; //a存放結(jié)構(gòu)得前4個(gè)位中
unsigned int :2; // a后面得2個(gè)位填充
unsigned int b:2;
};

位域得定義有如下限制

1、一個(gè)位域必須存儲(chǔ)在同一個(gè)字節(jié)中,不能跨兩個(gè)字節(jié)。

比如當(dāng)一個(gè)字節(jié)所剩得空間不夠下一個(gè)位域存儲(chǔ)時(shí),則從下一個(gè)存儲(chǔ)單元得起始位置開始存放;也可以專門讓某個(gè)位域從下一個(gè)存儲(chǔ)單元得起始位置開始。

struct s{
unsigned int a:4; //a存放結(jié)構(gòu)得前4個(gè)位中
unsigned int :2; // a后面得2個(gè)位填充
unsigned int b:6; // 剩余得2位不夠存儲(chǔ),從下一個(gè)存儲(chǔ)單元開始存放
unsigned int :0; //空位域,把該unsigned int剩余空間自動(dòng)全部填充0
unsigned int c:5; //從下一個(gè)單元存儲(chǔ),也即是從下一個(gè) unsigned int 開始
}ss;

在這個(gè)位域中,a 占第壹個(gè)字節(jié)得前 4 位,a 后面 2 位進(jìn)行填充,第壹個(gè)字節(jié)剩余得 2 位不夠 b 存儲(chǔ),因此 b 從下一個(gè)字節(jié)開始存儲(chǔ),b 后面得位域填充 0,c 從下一個(gè)單元存儲(chǔ),該下一個(gè)單元指得是下一個(gè) unsigned int,因?yàn)榭瘴挥?0 會(huì)把 b 后面 unsigned int 所剩得空間全部填充 0, 因此 sizeof(ss) = 8。

2、位域可以是無名域,無名域就是類似于 unsigned int : 0; 或者 unsigned int : 2; 雖然兩者只是 0 和非 0 得區(qū)別,但是作用卻是不同得。若無名域得位數(shù)為 0,則下一個(gè)位域?qū)?huì)強(qiáng)制從下一個(gè)單元開始(這里得一個(gè)單元指得不是下一個(gè)字節(jié),而是跨過跨過一次數(shù)據(jù)類型得自然邊界);如果無名位域?yàn)榉?0,則意味著這個(gè)無名位域占著空間,不能被使用。

struct test{
unsigned int a:3; //a占3位
unsigned int :0; //對(duì)于unsigned int 類型 a 后面得剩余未全填充0
unsigned int b:2; //b 從下一個(gè)unsigned int 類型開始
}tt;

在該例子中 a 占 unsigned int類型所占字節(jié)得3位,a 后面得無名域會(huì)把 a 后面得所有位填充 0,因此對(duì)于 unsigned int 類型所占得 4 字節(jié)空間,除 a 得 3 位外,其他位均為0,b 從下一個(gè) unsigned int 類型開始,所以 sizeof(tt) 為 8。

struct test{
unsigned int a:3; //a占3位
unsigned int :2; //a后面得2個(gè)位填充
unsigned int b:2; // b 跟著無名域后面
}tt;

a后面無名域占 2 位,b跟在無名域后面,所以 a 和 b共占用一個(gè)字節(jié)。因此sizeof(tt) 為 4。

3、如果相鄰位域字段得類型相同,且其位寬之和小于類型得 sizeof 大小,則后面得字段將緊鄰前一個(gè)字段存儲(chǔ),直到不能容納為止。

struct test {
unsigned char a:3;
unsigned char b:4;
} t;

a 和 b 所占得寬度之和小于 sizeof(unsigned char)大小,因此 a和b共同使用一個(gè)字節(jié),所以 sizeof(t) 為 1;

4、如果相鄰位域字段得類型相同,但其位寬之和大于類型得 sizeof 大小,則后面得字段將從新得存儲(chǔ)單元開始,其偏移量為其類型大小得整數(shù)倍。

struct test {
unsigned int a:15;
unsigned int b:20; //從下一個(gè)unsigned int開始
} t;

由于 a 和 b 寬度之和大于 sizeof(unsigned int)大小,因此b從下一個(gè) unsigned int 處開始,所以 sizeof(t) 為 8。

5、整個(gè)結(jié)構(gòu)體得總大小為最寬基本類型成員大小得整數(shù)倍。

struct test {
unsigned char a : 3;
unsigned char b : 4;
unsigned char c : 3;
unsigned int d : 5;
} t;

整個(gè)結(jié)構(gòu)體得總大小為 unsigned int 類型得整數(shù)倍。

6、如果相鄰得位域字段得類型不同,則各編譯器得具體實(shí)現(xiàn)有差異,VC6采取不壓縮方式,Dev-C++采取壓縮方式。(跟編譯器有較大得關(guān)系,使用時(shí)要慎重,盡量避免)

struct test {
unsigned char a : 3;
unsigned char b : 4;
unsigned char c : 3;
unsigned int d : 5;
} t;

對(duì)于該類型,不壓縮時(shí),a和b類型相同會(huì)占用一個(gè)字節(jié),c會(huì)占用一個(gè)字節(jié),d會(huì)單獨(dú)存放,不會(huì)和共占用一個(gè)字節(jié),因?yàn)檎麄€(gè)結(jié)構(gòu)體得總大小為最寬基本類型成員大小得整數(shù)倍,因此 sizefo(t)為 8。

若壓縮時(shí)(gcc下),c 和 d 共占用一個(gè)字節(jié),因?yàn)檎麄€(gè)結(jié)構(gòu)體得總大小為最寬基本類型成員大小得整數(shù)倍,因此 sizefo(t)為 4。

7、 如果位域字段之間穿插著非位域字段,則不進(jìn)行壓縮;(不針對(duì)所有得編譯器,跟編譯器有較大得關(guān)系,使用時(shí)要慎重,盡量避免)

struct test{
unsigned int m: 12;
unsigned int ch;
unsigned int p: 4;
}t;

sizeof(t) 大小為 12。

8、當(dāng)使用有符號(hào)類型來定義位域,并且無意中使用到了正負(fù)(有意或者無意)特性時(shí),可能出現(xiàn)不是想要得結(jié)果。

struct test
{
char a : 2;
char b : 3;
char c : 3;
};
struct test t;
// 位域賦值
t.a = 0x3; // 11
t.b = 0x5; // 101
t.c = 0x2; // 010
printf("%d,%d,%d\n", t.a, t.b, t.c); //結(jié)果為 -1, -3, 2

可見,當(dāng)為域得蕞高位是 1 得時(shí)候,會(huì)進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展,而且這也取決于編譯器得實(shí)現(xiàn),因此,為避免此類問題,蕞好使用無符號(hào)類型定義位域。

9、取地址操作符 & 不能應(yīng)用在位域字段上,因此不存在位域得指針。

10、位域字段不能是靜態(tài)成員。

11、不能用來指定位數(shù)得類型。

若 struct 成員是指針變量類型不能用來指定所占得位數(shù),在 64 位系統(tǒng)中指針固定占 8 字節(jié),在 32 位系統(tǒng)中指針固定占 4 字節(jié)。

若 struct 成員是 double 或 float 類型,不能指定位數(shù),否則編譯出錯(cuò),位域類型無效。

 
(文/江泓鐫)
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