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位域定义,位域可以用任何格式输出

时间:2023-05-06 14:50:03 阅读:225730 作者:255

位域是指信息在存储时,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。

 

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

  例如:

  struct bs

  {int a:8;int b:2;int c:6;};

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

  {int a:8;int b:2;int c:6;}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。

 

 

位域定义的几点说明

  对于位域的定义尚有以下几点说明:

  1. 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:4unsigned :0 /*空域*/unsignedb:4 /*从下一单元开始存放*/unsigned 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。

  2. 位域的长度不能大于指定类型固有长度,比如说int的位域长度不能超过32,bool的位域长度不能超过8。

  3. 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

  {int a:1int :2 /*该2位不能使用*/int b:3int c:2};

从以上分析可以看出,位域在本质上就是一种结构类型,不过其成员是按二进位分配的。

 

 

位域的使用

  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。

int main(void)
{
struct bs
{
unsigned a: 1;
unsigned b: 3;
unsigned c: 4;
}bit, *pbit;
bit.a = 1;
bit.b = 7;
bit.c = 15;
printf("%d,%d,%dn", bit.a, bit.b, bit.c);
pbit = &bit;
pbit->a = 0;
pbit->b &= 3;
pbit->c |= 1;
printf("%d,%d,%dn", pbit->a, pbit->b, pbit->c);
return 0;
}

  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。( 应注意赋值不能超过该位域的允许范围)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。

  struct

  {char a : 3;char b : 3;char c : 2;} ;

  这个结构体所占空间为一个字节,8位。节省了空间。

位域的对齐

  如果结构体中含有位域(bit-field),那么VC中准则是:

  1) 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;

  2) 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;

  3) 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dpy(padding),然后对变量进行位域操 作。

 

 

 

 

一、前言
    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。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。

二、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

例如:
struct sa
{
char a:3;
char b:4;
char c:1;
};

三、位域的内存分配

    看了些网上的资料和C关于位域的书籍,然后动手在编译器上测试,发现网上和书上的关于位域内存分配的内容和我的测试结果有偏差(姑且认为那些内容是错误 的);包括前言对位域的说明也不够严谨!

(1) 位域必须存放在一个字节里面,不能跨越两个字节;(这句有误)
例如:
struct s
{
   short a:5;
   short b:5;
   short c:5;
}sa;
在TC2.0/VC6.0/gcc上sizeof(sa)得到的大小一致为2;
可 见,位域可以跨越两个字节,位域可以跨越sizeof(定义位域的类型)个字节!如上例可以跨越sizeof(short)=2个字节。
(2) 位域的长度不能大于1个字节,即不能大于8;(这句也有误)
例如:
struct s
{
   short a:9;
   short b:3;
   short c:4;
}sa;
同 样,在TC2.0/VC6.0/gcc上编译通过,且sizeof(sa)= 2;因此同1,位域的长度大小应该是不超过8*sizeof(定义为域的类型)
(3) 关于空域
struct s
{
   short a:5;
   short :0;    //空域
   short b:5;
}sa;
测试结果:sizeof(sa) = 4;空域后面的位域从新的存储单元开始;一个存储单元包括sizeof(定义位域的类型)个字节;
(4) 关于无名域
struct s
{
   short a:5
   short :5; //无名域
   short c:5;
}sa;
在VC6.0/GCC上测试结果:sizeof(sa) = 2;填充5位,总位数小于16,所以大小为2。
注:把无名域也看成是位域;因此它也必须满足(1)和(2)。

四、位域 的使用
    对于位域的使用,同其他结构体成员使用一样;如可以这样引用上面定义的位域:s.a; s.c ;空域和无名域不可访问!对位域赋值不能超过位域所能表示的最大范围,超过了将会被截短。

五、位域的效率
    大家都知道,结构体成员的对齐是为了提高访问数据的效率;而位域成员显然没有进行结构体对齐,这样对数据访问的效率存在影响吗?
理所当然 (应该是我想当然)这样会降低效率;然而,我看了一些网页上的资料(我没有进行仔细的分析,只是借用别人的结论);对位域成员的访问在编译阶段进行了优化;从生成的汇编源代码看出效率是一样的,并没有降低!

六、结束语
    毕竟本人水平有限,以上内容,个人愚见,如有错误,还望指正...(别让我生在错中不知错,呵呵~~)!

 

 

 

ps:空域的问题

 

struct A{
    unsigned a:4;
    unsigned :0;
    unsigned b:3;
};

struct B{
    unsigned a:4;
    unsigned :32;
    unsigned b:3;
};

sizeof(A)=8 while sizeof(B)=12   gcc

struct A{
    unsigned a:4;
    unsigned :0;
    unsigned b:3;
};

int *p=(int*)&a;
*p=0x80000023;
p=p+1;
*p=0x0000000e;

printf(" %d %dn",a.a,a.b);

output:3  6

 

貌似对位域的访问不 可跨越32位,即最低也是整32位的最低位,这里没搞明白

 


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