C 语言编程 — 构造数据类型 — 位域（bit field）

Posted 2023-03-05 范桂飓

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• 位域
• 声明定义位域类型
• 位域结构体的成员

位域

在某些场景中，需要存储的数据长度很小，仅仅是几个 bit，不到一个 Byte，例如：存放一个开关量，只有 0 和 1 两种状态，使用到 1bit 空间即可。

为了节省存储空间，并使处理简便，此时可以使用位域（Bit field）数据结构。所谓 “位域” 就是把一个 Byte 中的 8 个 bits 人为的划分为几个不同的区域，并说明每个区域的名称以及所占的 bit 数目。

这样就可以通过一个 Byte 来存储多个不同的变量数值了。

声明定义位域类型

位域的本质是一种特殊的结构体，所以在大体的使用上类似，区别在于位域的划分上。

struct 位域结构体名 
    type [member_name]: width
    ...
;

• type：只能为 int、unsigned int、signed int 这 3 种类型。

• member_name（可选的）：命名标识符。当不指定时，称为无名位域，或空域，这时它只用来作填充或调整位置，而不能直接使用。

• width：位宽。由于位域不允许跨字节，因此位宽不能大于一个字节的长度（8bit）。如果最大长度大于计算机的整数字长，一些编译器可能会允许域的内存重叠，另外一些编译器可能会把大于一个域的部分存储在下一个字中。视乎于编译器的实现。

示例：位域结构体变量 data 占用了 2Byte（16bit）。

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

示例：可以声明一个空域成员，表示不使用。

struct bs 
    unsigned a:4;
    unsigned  :4;    /* 空域，填 0 表示不使用 */
    unsigned b:4;    /* 刻意从下一单元开始存放 */
    unsigned c:4

位域结构体的成员

#include <stdio.h>

int main() 
    struct BS 
        unsigned a:1;
        unsigned b:3;
        unsigned c:4;
    ;

    struct BS  bit;
    struct BS* pbit;

    bit.a = 1;    /* 给位域赋整型值 1，数值没有超过位域 a 的 1bit */
    bit.b = 7;    /* 给位域赋整型值 7，数值没有超过位域 b 的 3bit */
    bit.c = 15;   /* 给位域赋整型值 15，数值没有超过位域 c 的 4bit */

    printf("%d, %d, %d\\n", bit.a, bit.b, bit.c);

    pbit = &bit;   /* 把位域结构体变量 bit 的地址赋给位域结构体指针变量 pbit */
    pbit->a = 0;   /* 结构体变量访问结构体成员 */
    pbit->b &= 3;  /* 与赋值运算 */
    pbit->c |= 1;  /* 或赋值运算 */
    printf("%d, %d, %d\\n", pbit->a, pbit->b, pbit->c);

    return 0;

运行：

$ ./main
1, 7, 15
0, 3, 15