C语言教程:C语言 结构体-位域

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  • 时间:2020-05-25

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 1 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。

典型的实例:

  • 用 1 位二进位存放一个开关量时,只有 0 和 1 两种状态。

  • 读取外部文件格式——可以读取非标准的文件格式。例如:9 位的整数。

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 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。

让我们再来看一个实例:

struct packed_struct {
  unsigned int f1:1;
  unsigned int f2:1;
  unsigned int f3:1;
  unsigned int f4:1;
  unsigned int type:4;
  unsigned int my_int:9;
} pack;

在这里,packed_struct 包含了 6 个成员:四个 1 位的标识符 f1..f4、一个 4 位的 type 和一个 9 位的 my_int。

对于位域的定义尚有以下几点说明:

  • 一个位域存储在同一个字节中,如一个字节所剩空间不够存放另一位域时,则会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:4;
  unsigned  :4;    /* 空域 */
  unsigned b: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。

    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,也就是说不能超过8位二进位。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。

  • 位域可以是无名位域,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:1;
  int  :2;    /* 该 2 位不能使用 */
  int b:3;
  int 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
位域变量名->位域名

位域允许用各种格式输出。

请看下面的实例:

main(){
    struct bs{
        unsigned a:1;
        unsigned b:3;
        unsigned c:4;
    } bit,*pbit;
    bit.a=1;    /* 给位域赋值(应注意赋值不能超过该位域的允许范围) */
    bit.b=7;    /* 给位域赋值(应注意赋值不能超过该位域的允许范围) */
    bit.c=15;    /* 给位域赋值(应注意赋值不能超过该位域的允许范围) */
    printf("%d,%d,%d\n",bit.a,bit.b,bit.c);    /* 以整型量格式输出三个域的内容 */
    pbit=&bit;    /* 把位域变量 bit 的地址送给指针变量 pbit */
    pbit->a=0;    /* 用指针方式给位域 a 重新赋值,赋为 0 */
    pbit->b&=3;    /* 使用了复合的位运算符 "&=",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) */
    pbit->c|=1;    /* 使用了复合位运算符"|=",相当于:pbit->c=pbit->c|1,其结果为 15 */
    printf("%d,%d,%d\n",pbit->a,pbit->b,pbit->c);    /* 用指针方式输出了这三个域的值 */
}

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。