位域的理解

struct mybitfields
{
unsigned short a : 4;
unsigned short b : 5;
unsigned short c : 7;
}test;

void main(void) 
{
int i;
test.a=2;
test.b=3;
test.c=0;
i=*((short *)&test);
printf("%d ",i);
}
這個題的爲難之處呢,就在於前面定義結構體裏面用到的冒號,如果你能理解這個符號的含義,那麼問題就很好解決了。這裏的冒號相當於分配幾位空間,也即在定義結構體的時候,分配的成員a 4位的空間, b 5位,c 7位,一共是16位,正好兩個字節。下面畫一個簡單的示意:
變量名 位數
test 15 14 13 12 11 10 9 |8 7 6 5 4 |3 2 1 0
test.a | |0 0 1 0
test.b |0 0 0 1 1 |
test.c 0 0 0 0 0 0 0 | |

在執行i=*((short *)&test); 時,取從地址&test開始兩個字節(short佔兩個字節)的內容轉化爲short型數據,即爲0x0032,再轉爲int型爲0x00000032,即50。輸出的結果就是50。當然,這裏還涉及到字節及位的存儲順序問題,後面再說。
前面定義的結構體被稱爲位結構體。所謂位結構體,是一種特殊的結構體,在需要按位訪問字節或字的一個或多個位時,位結構體比按位操作要更方便一些。

位結構體的定義方式如下:
struct [位結構體名]{
數據類型 變量名:整數常數;
...
}位結構變量;

說明:
1)這裏的數據類型只能爲int型(包括signed和unsigned);

2)整數常數必須爲0~15之間的整數,當該常數爲1時,數據類型爲unsigned(顯然嘛,只有一位,咋表示signed?光一符號?沒意義呀);

3)按數據類型變量名:整數常數;方式定義的結構成員稱爲位結構成員,好像也叫位域,在一個位結構體中,可以同時包含位結構成員及普通的結構成員;

4)位結構成員不能是指針或數據,但結構變量可以是指針或數據;

5)位結構體所佔用的位數由各個位結構成員的位數總各決定。如在前面定義的結構體中,一共佔用4+5+7=16位,兩個字節。另外我們看到,在定義位結構成員時,必須指定數據類型,這個數據類型在位結構體佔用多少內存時也起到不少的作用。舉個例子:

struct mybitfieldA{
char a:4;
char b:3;
}testA;
struct mybitfieldB{
short a:4;
short b:3;
}testB;

這裏,testA佔用一個字節,而testB佔用兩個字節。知道原因了吧。在testA中,是以char來定義位域的,char是一個字節的,因此,位域佔用的單位也按字節做單位,也即,如果不滿一個字節的話按一個字節算(未定義的位按零處理)。而在testB中,short爲兩個字節,所以了,不滿兩個字節的都按兩個字節算(未定義位按零處理)
關於位結構體在內存中的存儲問題
Kevin's Theory #2: In a C structure that contains bit fields, if field A is defined in front of field B, then field A always occupies a lower bit address than field B. 
說的是,在C結構體中,如果一個位域A在另一個位域B之前定義,那麼位域A將存儲在比B小的位地址中。
如果一個位域有多個位時,各個位的排列順序通常是按CPU的端模式(Endianess)來進行的,即在大端模式(big endian)下,高有效位在低位地址,小端模式則相反。
補充說明一個關於位域與普通結構成員一起使用的問題
先看一個例子
struct mybitfield{
char a:4;
char b:3;
char aa;
char c:1;}test;
這種情況下,test應該佔幾個字節呢?2個(4+3+1=8佔一個字節,aa佔一個)還是3個(4+3不足補一位,佔一個字節,aa佔一個字節,c佔一個字節)?
寫個小程序驗證一下:

int main()
{
int i;
test.a = 1;
test.b = 1;
test.aa = 1;
test.c = 1;

i=*((short *)&test);
printf("%d n",i);

return 0;
}


輸出結果是273,化爲十六進制數0x111,可見是按三個字節來處理了(如果按兩個字節處理的話,cba組成一個字節,是10010001(十六進制0x91)再加上aa,那就應該是0x191了)

舉這個例子是爲了說明一下,定義位域的話,最好是把所以有位域放在一起,這樣可以節省空間(如果把c和aa換一下位置,那test就只佔兩個字節了)。另外也是爲了強調一下位結構體的內存分配方式,按定義的先後順序來分配,而位域(或成員)內的字節順序則按照CPU的位順序來進行(一般與CPU的端模式對應)。
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