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[C语言教程]C 位域

C 位域

如果程序的结构中包含多个开关量,只有 TRUE/FALSE 变量,如下:

struct
{
  unsigned int widthValidated;
  unsigned int heightValidated;
} status;

这种结构需要 8 字节的内存空间,但在实际上,在每个变量中,我们只存储 0 或 1。在这种情况下,C 语言提供了一种更好的利用内存空间的方式。如果您在结构内使用这样的变量,您可以定义变量的宽度来告诉编译器,您将只使用这些字节。例如,上面的结构可以重写成:

struct
{
  unsigned int widthValidated : 1;
  unsigned int heightValidated : 1;
} status;

现在,上面的结构中,status 变量将占用 4 个字节的内存空间,但是只有 2 位被用来存储值。如果您用了 32 个变量,每一个变量宽度为 1 位,那么 status 结构将使用 4 个字节,但只要您再多用一个变量,如果使用了 33 个变量,那么它将分配内存的下一段来存储第 33 个变量,这个时候就开始使用 8 个字节。让我们看看下面的实例来理解这个概念:

实例

#include <stdio.h> #include <string.h> /* 定义简单的结构 */ struct { unsigned int widthValidated; unsigned int heightValidated; } status1; /* 定义位域结构 */ struct { unsigned int widthValidated : 1; unsigned int heightValidated : 1; } status2; int main( ) { printf( "Memory size occupied by status1 : %d\n", sizeof(status1)); printf( "Memory size occupied by status2 : %d\n", sizeof(status2)); return 0; }

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

Memory size occupied by status1 : 8
Memory size occupied by status2 : 4

位域声明

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 1 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。

典型的实例:

  • 用 1 位二进位存放一个开关量时,只有 0 和 1 两种状态。
  • 读取外部文件格式——可以读取非标准的文件格式。例如:9 位的整数。

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:

type [member_name] : width ;

下面是有关位域中变量元素的描述:

元素描述
type只能为 int(整型),unsigned int(无符号整型),signed int(有符号整型) 三种类型,决定了如何解释位域的值。
member_name位域的名称。
width位域中位的数量。宽度必须小于或等于指定类型的位宽度。

带有预定义宽度的变量被称为位域。位域可以存储多于 1 位的数,例如,需要一个变量来存储从 0 到 7 的值,您可以定义一个宽度为 3 位的位域,如下:

struct { unsigned int age : 3; } Age;

上面的结构定义指示 C 编译器,age 变量将只使用 3 位来存储这个值,如果您试图使用超过 3 位,则无法完成。

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

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。

让我们再来看一个实例:

struct packed_struct { unsigned int f1:1; unsigned int f2:1; unsigned int f3:1; unsigned int f4:1; unsigned int type:4; unsigned int my_int:9; } pack;

在这里,packed_struct 包含了 6 个成员:四个 1 位的标识符 f1..f4、一个 4 位的 type 和一个 9 位的 my_int。

让我们来看下面的实例:

实例

#include <stdio.h> #include <string.h> struct { unsigned int age : 3; } Age; int main( ) { Age.age = 4; printf( "Sizeof( Age ) : %d\n", sizeof(Age) ); printf( "Age.age : %d\n", Age.age ); Age.age = 7; printf( "Age.age : %d\n", Age.age ); Age.age = 8; // 二进制表示为 1000 有四位,超出 printf( "Age.age : %d\n", Age.age ); return 0; }

当上面的代码被编译时,它会带有警告,当上面的代码被执行时,它会产生下列结果:

Sizeof( Age ) : 4
Age.age : 4
Age.age : 7
Age.age : 0

对于位域的定义尚有以下几点说明:

  • 一个位域存储在同一个字节中,如一个字节所剩空间不够存放另一位域时,则会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 :4; /* 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。

  • 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。

  • 位域可以是无名位域,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。

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
位域变量名->位域名

位域允许用各种格式输出。

请看下面的实例:

实例

int main(){ struct bs{ unsigned a:1; unsigned b:3; unsigned c:4; } bit,*pbit; bit.a=1; /* 给位域赋值(应注意赋值不能超过该位域的允许范围) */ bit.b=7; /* 给位域赋值(应注意赋值不能超过该位域的允许范围) */ bit.c=15; /* 给位域赋值(应注意赋值不能超过该位域的允许范围) */ printf("%d,%d,%d\n",bit.a,bit.b,bit.c); /* 以整型量格式输出三个域的内容 */ pbit=&bit; /* 把位域变量 bit 的地址送给指针变量 pbit */ pbit->a=0; /* 用指针方式给位域 a 重新赋值,赋为 0 */ pbit->b&=3; /* 使用了复合的位运算符 "&=",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) */ pbit->c|=1; /* 使用了复合位运算符"|=",相当于:pbit->c=pbit->c|1,其结果为 15 */ printf("%d,%d,%d\n",pbit->a,pbit->b,pbit->c); /* 用指针方式输出了这三个域的值 */ }

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。

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加:2021-07-04 10:50:46  更:2021-07-04 10:51:48 
 
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