C语言 位域bitfield

如果程序的结构中包含多个开关量,只有 TRUE/FALSE 变量,如下:

struct
{
  unsigned int widthValidated;
  unsigned int heightValidated;
} status;

这种结构需要 8 字节的内存空间,但在实际上,在每个变量中,我们只存储 0 或 1。在这种情况下,C 语言提供了一种更好的利用内存空间的方式。如果您在结构内使用这样的变量,您可以定义变量的宽度来告诉编译器,您将只使用这些字节。例如,上面的结构可以重写成:

struct
{
  unsigned int widthValidated : 1;
  unsigned int heightValidated : 1;
} status;

现在,上面的结构中,status 变量将占用 4 个字节的内存空间,但是只有 2 位被用来存储值。如果您用了 32 个变量,每一个变量宽度为 1 位,那么 status 结构将使用 4 个字节,但只要您再多用一个变量,如果使用了 33 个变量,那么它将分配内存的下一段来存储第 33 个变量,这个时候就开始使用 8 个字节。

实例

文件名:bitfield.c

#include <stdio.h>
#include <string.h>

/* 定义简单的结构 */
struct
{
  unsigned int widthValidated;
  unsigned int heightValidated;
} status1;

/* 定义位域结构 */
struct
{
  unsigned int widthValidated : 1;
  unsigned int heightValidated : 1;
} status2;

int main( )
{
   printf( "Memory size occupied by status1 : %d\n", sizeof(status1));
   printf( "Memory size occupied by status2 : %d\n", sizeof(status2));

   return 0;
}
gcc /share/lesson/c/bitfield.c && ./a.out

在右侧实验区运行上面的命令看看什么效果吧

位域声明

在结构内声明位域的形式如下:

struct
{
  type [member_name] : width ;
};

下面是有关位域中变量元素的描述:

元素 描述
type 只能为 int(整型),unsigned int(无符号整型),signed int(有符号整型) 三种类型,决定了如何解释位域的值。
member_name 位域的名称。
width 位域中位的数量。宽度必须小于或等于指定类型的位宽度。

带有预定义宽度的变量被称为位域。位域可以存储多于 1 位的数,例如,需要一个变量来存储从 0 到 7 的值,您可以定义一个宽度为 3 位的位域,如下:

struct
{
  unsigned int age : 3;
} Age;

上面的结构定义指示 C 编译器,age 变量将只使用 3 位来存储这个值,如果您试图使用超过 3 位,则无法完成。让我们来看下面的实例:

实例

文件名:bitfield-error.c

#include <stdio.h>
#include <string.h>

struct
{
  unsigned int age : 3;
} Age;

int main( )
{
   Age.age = 4;
   printf( "Sizeof( Age ) : %d\n", sizeof(Age) );
   printf( "Age.age : %d\n", Age.age );

   Age.age = 7;
   printf( "Age.age : %d\n", Age.age );

   Age.age = 8; // 二进制表示为 1000 有四位,超出
   printf( "Age.age : %d\n", Age.age );

   return 0;
}

当上面的代码被编译时,它会带有警告

gcc /share/lesson/c/bitfield-error.c && ./a.out

在右侧实验区运行上面的命令看看什么效果吧

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