C结构体之位域（位段）

C结构体之位域（位段）
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， 用一位二进位即可。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。一、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：
类型说明符 位域名：位域长度
位域变量的说明与结构变量说明的方式相同。 可采用先定义后说明，同时定义说明或者直接说明这三种方式。例如：
struct bs
{
　　;
　　;
　　;
}data;
说明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。(在32位系统占用4个字节)对于位域的定义尚有以下几点说明：

. 一个位域必须存储在同一个字节中，不能跨两个字节。如一个字节所剩空间不够存放另一位域时，应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:
    unsigned b: /*从下一单元开始存放*/
    unsigned c:
}
. 由于位域不允许跨两个字节，因此位域的长度不能大于一个字节的长度。
. 位域可以无位域名，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
{

     /*无位域名，该2位不能使用*/

};

另：
struct bs
{
int a:4;
int :0; /*空域*/
int b:4; /*从下一字节地址开始存放*/
int 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。

二、位域的使用
下面例子是参加一个公司（白领科技-青岛）的笔试遇到的，当时做错了，为了怕忘了，赶紧写下来。

#include <iostream>
#include <memory.h>
using namespace std;
typedef struct A
{
int a:5;
int b:3;
}AA;
int main(void)
{
char str[100] = "0134324324afsadfsdlfjlsdjfl";
AA AAA;
memcpy(&AAA, str, sizeof(AAA));
cout << sizeof(AAA) << endl;
cout << AAA.a << endl;
cout << AAA.b << endl;
return 0;
}

在32位x86机器上输出：

$ ./langxun.exe4
-

解析：在默认情况下，为了方便对结构体内元素的访问和管理，当结构体内的元素长度都小于处理器的位数的时候，便以结构体里面最长的元素为对其单位，即结构体的长度一定是最长的数据元素的整数倍；如果有结构体内存长度大于处理器位数的元素，那么就以处理器的位数为对齐单元。由于是32位处理器，而且结构体中a和b元素类型均为int（也是4个字节），所以结构体的A占用内存为4个字节。
上例程序中定义了位域结构A，两个个位域为a（占用5位），b（占用3位），所以a和b总共占用了结构A一个字节（低位的一个字节）。
当程序运行到14行时，AA内存分配情况：
 高位          低位
       '
 其中AAA.a和AAA.b占用AAA低位一个字节（）,AAA.a : , AAA.b :
 AAA.a内存中二进制表示为10000，由于AAA.a为有符号的整型变量，输出时要对符号位进行扩展，所以结果为-（二进制为11111111111111111111111111110000）
 AAA.b内存中二进制表示为001，由于AAA.b为有符号的整型变量，输出时要对符号位进行扩展，所以结果为1（二进制为00000000000000000000000000000001）
三、位域的对齐
　　如果结构体中含有位域(bit-field)，那么VC中准则是：
　　) 如果相邻位域字段的类型相同，且其位宽之和小于类型的sizeof大小，则后面的字段将紧邻前一个字段存储，直到不能容纳为止；
　　) 如果相邻位域字段的类型相同，但其位宽之和大于类型的sizeof大小，则后面的字段将从新的存储单元开始，其偏移量为其类型大小的整数倍；
　　) 如果相邻的位域字段的类型不同，则各编译器的具体实现有差异，VC6采取不压缩方式（不同位域字段存放在不同的位域类型字节中），Dev-C++和GCC都采取压缩方式；
　　系统会先为结构体成员按照对齐方式分配空间和填塞（padding）,然后对变量进行位域操作。

位域的使用二：
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 位域允许用各种格式输出。
main()
{
struct bs
{
unsigned char a:1;
unsigned char b:3;
unsigned char c:4;
} bit,*pbit;
bit.a=1;
bit.b=7;
bit.c=15;
printf("%d,%d,%d ",bit.a,bit.b,bit.c);
pbit=&bit;
pbit->a=0;
pbit->b&=3;
pbit->c|=1;
printf("%d,%d,%d ",pbit->a,pbit->b,pbit->c);
}
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。
程序的9、10、11三行分别给三个位域赋值。(有人说，赋值不能超过该位域的允许范围，这个目前我还没测会导致后果，大家可以试试)程序第12行以整型量格式输出三个域
的内容。第13行把位域变量bit的地址送给指针变量pbit。第14行用指针 方式给位域a重新赋值，赋为0。第15行使用了复合的位运算符"&="， 该行相当于： 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)。同样，程序第16行中使用了复合位运算"|="， 相当于： pbit->c=pbit->c|1其
结果为15。程序第17行用指针方式输出了这三个域的值。
为了节省空间，可以把几个数据压缩到少数的几个类型空间上，比如需要表示二个3位二进制的数，一个2位二进制的数，则可以用一个8位的字符表示之。