【位段】位段和结构体的区别

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什么是位段 

位段的内存分配

规则

实例

结构体和位段成员共同出现

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什么是位段 

      位段：C语言允许在一个 结构体 中以位为单位来指定其成员所占 内存 长度。这是位段的定义，由于是自定义成员所占内存长度，所以采用位段结构有利于节省空间，方便操作。

        位段的声明和结构体较为类似，但是也有不同之处：

1、位段的成员只能是int、signed int、unsigned int、char类型的数据。（char也是整形家族的一员）

2、位段的每一个成员后面都要加上冒号和所占空间大小，格式为——“类型  变量名 : 数字;”，比如 int  a:5;    这就是位段里一个成员，其中5表示这个成员占5个比特位的空间。

3、结构体的对齐是为了高效率，与此同时就会浪费一些空间，而位段的设计是为了节省空间，所以在位段里面没有“对齐”这一说法。

         比如下方就是一个位段的例子，_a这个成员占了2个比特位，_b这个成员占了5个比特位，_c这个成员占了10个比特位，_d这个成员占了30个比特位：

struct A
{
	int _a : 2;//a成员占2个比特位
	int _b : 5;//b成员占5个比特位
	int _c : 10;
	int _d : 30;
};

位段的内存分配

规则

        对于上方的例子，打印sizeof(struct A)，得到的答案却是8（单位是字节），按照一般想法，struct A 这个位段的空间应该是2+5+10+30 =47 ，用6个字节的空间就能存放（1字节=8比特位），但是这里却用了8个字节，这是因为位段的内存分配也存在一些规律。

        1、位段开辟空间是一次开辟4个字节(成员为int 类型)，或者一次开辟1个字节（成员为char型）。

        2、在不同环境下，对开辟空间的使用方式不确定，所以位段具有不可移植性。（比如在对于一个字节内部的8个比特位，存放数据时，是从低位到高位存放，还是从高位到低位存放。对于一个字节内部的比特位，存放的最后一个成员长度超过了空余的比特位空间，那么是全部用下一个字节的比特位存，还是将该字节存满，然后再把剩下的内容存在下一个字节的比特位。）

实例

        比如下方代码的位段（VS2019环境下）：

#include<stdio.h>
struct B
{
	char a:3;
	char b:4;
	char c:5;
	char d:4;
};
 
int main()
{
	struct B wd = { 0 };
	wd.a = 10;
	wd.b = 12;
	wd.c = 3;
	wd.d = 4;
    return 0;
}

        10的二进制表示是1010，12的二进制表示是1100，3的二进制表示是11，4的二进制表示是100 。下面又流程图，配合文字理解。

        第一步：位段里的成员是char类型的，所以先开辟1个字节的空间，拿出三个比特位放a，然后涉及到了上方规律的第二条，我们假设VS2019环境下是从低位开始存储。然后拿4个比特位放b。此时第一次开辟的空间只剩下1个比特位，但是需要5个比特位放c，这时候又涉及到上方规律第二条（是把剩下一个比特位存满，还是新开辟内存再存），我们假设是新开辟空间然后存放c，那么又一次新开辟1个字节的空间，从低位开始，拿出5个比特位存放c。然后到d，同c，新开辟空间存放。如下方第一张图。（三个字节的空间实际是连在一起的，这样画是易于理解。）

         第二步：空间开辟了，然后存放数据，a的值二进制表示是1010，但是只有3个空间来存放，所以实际上存的是010，b的值存的是1100，c的值存的是00011，d的值存的是0100。然后其他地方没有内容，故为0。如下方第二张图。

        第三步：验证。如果这样的假设是正确的，根据数据的存储方法，三个字节的内容分别是01100010 、00000011、00000100，（如下第二张图里面的），那么按照其在内存中的存储，是十六进制，四个比特位一起，故是0110、0010、0000、0011、0000、0100，翻译成十六进制就是6、2、0、3、0、4，所以存储起来就是 62 03 04 ，那么我们VS2019下调试，监视地址如下面第三张图、验证成功，说明VS2019环境下确实是这么存储的。

 

 

结构体和位段成员共同出现

        到这里我不禁有疑惑，如果一个结构体里面出现位段成员，那么这样子的声明是合法的吗，于是尝试了一下，发现可以，如下一段代码和运行结果，结构体成员和位段成员共同出现，求该结构体大小，那么根据常规思路来看：

        1、一开始是char类型的位段成员，那么分配一个字节空间（偏移量为0），然后前两个位段成员都可以放在这一个字节的空间里面。

        2、第三个成员是结构体成员，char类型，对齐数是1（不明白什么是对齐数的话，可以看前面关于结构体的博客，结构体的对齐内容），所以对齐到1的倍数，由于偏移量为0的字节已经存放内容，所以该成员放在偏移量为1的空间里面。

        3、第四个成员是位段成员，这时候不需要考虑对齐，所以直接在后面开辟一个空间（该空间偏移量为2），成员类型是char，所以分配1个字节的空间，足够存第四个成员。

        4、由上三步得知，这个类型开辟的空间是3字节大小，然后运行验证得知也是。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#define MAX_SIZE 2+3
struct _Record_Struct
{
    unsigned char Env_Alarm_ID : 4;
    unsigned char Para1 : 2;
    unsigned char state;
    unsigned char avail : 1;
}*Env_Alarm_Record;
 
 
int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(struct _Record_Struct));
    return 0;
}

        本文的内容就到这里啦！！如果喜欢的话请一键三连哦！！！