C语言 位段的详细介绍
C语言中的位段
位段(bit-field)是以位为单位来定义结构体(或联合体)中的成员变量所占的空间。含有位段的结构体(联合体)称为位段结构。采用位段结构既能够节省空间,又方便于操作。
位段的定义格式为:
type [var]:digits
其中type只能为int,unsignedint,signedint三种类型(int型能不能表示负数视编译器而定,比如VC中int就默认是signedint,能够表示负数)。位段名称var是可选参数,即可以省略。digits表示该位段所占的二进制位数。
那么定义一个位段结构可以像下面这段代码去定义:
structnode { unsignedinta:4;//位段a,占4位 unsignedint:0;//无名位段,占0位 unsignedintb:4;//位段b,占4位 intc:32;//位段c,占32位 int:6;//无名位段,占6位 };
一.位段的使用
使用位段需注意一下几点:
1)位段的类型只能是int,unsignedint,signedint三种类型,不能是char型或者浮点型;
2)位段占的二进制位数不能超过该基本类型所能表示的最大位数,比如在VC中int是占4个字节,那么最多只能是32位;
3)无名位段不能被访问,但是会占据空间;
4)不能对位段进行取地址操作;
5)若位段占的二进制位数为0,则这个位段必须是无名位段,下一个位段从下一个位段存储单元(这里的位段存储单元经测试在VC环境下是4个字节)开始存放;
6)若位段出现在表达式中,则会自动进行整型升级,自动转换为int型或者unsignedint。
7)对位段赋值时,最好不要超过位段所能表示的最大范围,否则可能会造成意想不到的结果。
8)位段不能出现数组的形式。
二.位段结构在内存中的存储方式
对于位段结构,编译器会自动进行存储空间的优化,主要有这几条原则:
1)如果一个位段存储单元能够存储得下位段结构中的所有成员,那么位段结构中的所有成员只能放在一个位段存储单元中,不能放在两个位段存储单元中;如果一个位段存储单元不能容纳下位段结构中的所有成员,那么从剩余的位段从下一个位段存储单元开始存放。(在VC中位段存储单元的大小是4字节).
2)如果一个位段结构中只有一个占有0位的无名位段,则只占1或0字节的空间(C语言中是占0字节,而C++中占1字节);否则其他任何情况下,一个位段结构所占的空间至少是一个位段存储单元的大小;
测试程序:
/*测试位段201110.12*/ #include<iostream> usingnamespacestd; typedefstructnode { unsignedinta:1;//存在一个非0位的位段,则至少占4Byte }S; typedefstructnode1//在C++中占1字节的空间,在C中占0字节 { unsignedint:0; }S1; typedefstructnode2 { unsignedinta:1; unsignedint:0;//下一个位段放在一个新的位段存储单元,所以占4+4=8Byte unsignedc:32; }S2; typedefstructnode3 { unsignedinta:4; unsignedint:0; int:6;//这个位段放在一个新的位段存储单元 unsignedc:32;//由于6+32>32,所位段c也放在一个新的位段存储单元,所以占4+4+4=12Byte }S3; typedefstructnode4 { unsignedinta:1; charb;//在一个位段存储单元中能够存下所有的成员,所以占4Byte intc:1; intd:2; unsignedinte:2; }S4; intmain(intargc,char*argv[]) { S4s4; s4.a=1; s4.c=1; s4.d=2; s4.e=3; printf("%d%d%d%d\n",s4.a,s4.c,s4.d,s4.e); printf("%d%d%d%d%d\n",sizeof(S),sizeof(S1),sizeof(S2),sizeof(S3),sizeof(S4)); return0; }
执行结果为:
1-1-23
418124
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当打印s4的各个位段时,打印的结果与赋的初始值不同。
由于c只占1位,那么没有数据位,此时进行符号扩展直接在高位添加1,所以打印的结果为-1;
由于d占2位,那么当将2赋给d时,内存中存储的内容为10,此时进行符号扩展,高位补1,则为0XFFFFFFFE,那么其真值则为-2.
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