(C)位字段(bit-field)

Posted 2023-02-23 逆水东流

在存储空间很宝贵的情况下,有可能需要将多个对象保存在一个机器字中,一种常用的方法是:使用类似于编译器符号表的单个二进制位标志集合,外部强加的数据格式(如设备接口等寄存器)经常需要从字的分值中读取数值.

通常采用的方法是:定义一个于相关位的位置对应的”屏蔽码”集合,
如:

    #define KEYWORD  (1<<0)  
    #define EXTRENAL (1<<2)  
    #define STATIC   (1<<3)  

或者

    enum
        KEYWORD  = 01,  
        EXTRENAL = 02,
        STATIC   = 04
    ;

这些数字必须是2的幂,这样就可以用移位运算,屏蔽运算以及补码运算进行简单的操作.比如:

    flags |= EXTEERNAL | STATIC;//置1  
    flags &= ~(EXTEERNAL | STATIC);//置0  

尽管这样的方法容易掌握,但是C语言提供了一种可以替代的方法,即直接定义和方位一个位字段的能力,不必通过以上的逻辑运算符,即位字段.通过位字段,以上的#define定义可以用以下的语句替代:

    struct 
        unsigned int is_keyword : 1;
        unsigned int is_extern : 1;
        unsigned int is_static : 1;
    flafs;

这里定义一个变量flags,它包含3个1位的字段,冒号后的数字表示字段的宽度(用二进制位数表示),字段被声明为unsigned int,以保证它们的无符号量.
单个字段的引用方式与其他结构成员相同,例如:

flags.is_keyword,
flags.is_extern

等;字段的作用与小整数相似,同其他整数一样,字段可以出现在算数表达式中,因此,可以表示为:

    flags.is_extern = flags.is_static = 1;//置1
    flags.is_extern = flags.is_static = 0;//置0
    if(flags.is_extern == 0 && flags.is_static == 0)
        ...//用于对is_extern和is_static的测试

字段的所有属性几乎都同具体的实现有关,字段可以不命名,无名字段(只有冒号和宽度)起填充作用,特殊宽度0可以用来强制在下一边界上对齐.字段不是数组,没有地址,不能做&取地址操作.