位域是什么?
有些數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)時(shí)并不需要占用一個(gè)完整的字節(jié),只需要占用一個(gè)或幾個(gè)二進(jìn)制位即可。例如開關(guān)只有通電和斷電兩種狀態(tài),用 0 和 1 表示足以,也就是用一個(gè)二進(jìn)位。正是基于這種考慮,C語言又提供了一種叫做位域的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 在結(jié)構(gòu)體定義時(shí),我們可以指定某個(gè)成員變量所占用的二進(jìn)制位數(shù)(Bit),這就是位域。請(qǐng)看下面的例子:
1structbs{ 2unsignedm; 3unsignedn:4; 4unsignedcharch:6; 5}; :后面的數(shù)字用來限定成員變量占用的位數(shù)。成員 m 沒有限制,根據(jù)數(shù)據(jù)類型即可推算出它占用 4 個(gè)字節(jié)(Byte)的內(nèi)存。成員 n、ch 被:后面的數(shù)字限制,不能再根據(jù)數(shù)據(jù)類型計(jì)算長度,它們分別占用 4、6 位(Bit)的內(nèi)存。 n、ch 的取值范圍非常有限,數(shù)據(jù)稍微大些就會(huì)發(fā)生溢出,請(qǐng)看下面的例子:1#include
對(duì)于 n 和 ch,第一次輸出的數(shù)據(jù)是完整的,第二次輸出的數(shù)據(jù)是殘缺的。 第一次輸出時(shí),n、ch 的值分別是 0xE、0x24('$' 對(duì)應(yīng)的 ASCII 碼為 0x24),換算成二進(jìn)制是1110、10 0100,都沒有超出限定的位數(shù),能夠正常輸出。 第二次輸出時(shí),n、ch 的值變?yōu)?0x2d、0x7a('z' 對(duì)應(yīng)的 ASCII 碼為 0x7a),換算成二進(jìn)制分別是10 1101、111 1010,都超出了限定的位數(shù)。超出部分被直接截去,剩下1101、11 1010,換算成十六進(jìn)制為 0xd、0x3a(0x3a 對(duì)應(yīng)的字符是 :)。
C語言標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,位域的寬度不能超過它所依附的數(shù)據(jù)類型的長度。通俗地講,成員變量都是有類型的,這個(gè)類型限制了成員變量的最大長度,:后面的數(shù)字不能超過這個(gè)長度。
例如上面的 bs,n 的類型是 unsigned int,長度為 4 個(gè)字節(jié),共計(jì) 32 位,那么 n 后面的數(shù)字就不能超過 32;ch 的類型是 unsigned char,長度為 1 個(gè)字節(jié),共計(jì) 8 位,那么 ch 后面的數(shù)字就不能超過 8。 我們可以這樣認(rèn)為,位域技術(shù)就是在成員變量所占用的內(nèi)存中選出一部分位寬來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
C語言標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定,只有有限的幾種數(shù)據(jù)類型可以用于位域。在 ANSI C 中,這幾種數(shù)據(jù)類型是 int、signed int 和 unsigned int(int 默認(rèn)就是 signed int);到了 C99,_Bool 也被支持了。
但編譯器在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)都進(jìn)行了擴(kuò)展,額外支持了 char、signed char、unsigned char 以及 enum 類型,所以上面的代碼雖然不符合C語言標(biāo)準(zhǔn),但它依然能夠被編譯器支持。
位域的存儲(chǔ)
C語言標(biāo)準(zhǔn)并沒有規(guī)定位域的具體存儲(chǔ)方式,不同的編譯器有不同的實(shí)現(xiàn),但它們都盡量壓縮存儲(chǔ)空間。位域的具體存儲(chǔ)規(guī)則如下:
當(dāng)相鄰成員的類型相同時(shí),如果它們的位寬之和小于類型的 sizeof 大小,那么后面的成員緊鄰前一個(gè)成員存儲(chǔ),直到不能容納為止;如果它們的位寬之和大于類型的 sizeof 大小,那么后面的成員將從新的存儲(chǔ)單元開始,其偏移量為類型大小的整數(shù)倍。
以下面的位域 bs 為例:
1#include
m、n、p 的類型都是 unsigned int,sizeof 的結(jié)果為 4 個(gè)字節(jié)(Byte),也即 32 個(gè)位(Bit)。m、n、p 的位寬之和為6+12+4 = 22,小于 32,所以它們會(huì)挨著存儲(chǔ),中間沒有縫隙。 sizeof(struct bs)的大小之所以為 4,而不是 3,是因?yàn)橐獙?nèi)存對(duì)齊到 4 個(gè)字節(jié),以便提高存取效率。 如果將成員 m 的位寬改為 22,那么輸出結(jié)果將會(huì)是 8,因?yàn)?2+12 = 34,大于 32,n 會(huì)從新的位置開始存儲(chǔ),相對(duì) m 的偏移量是sizeof(unsigned int),也即 4 個(gè)字節(jié)。 如果再將成員 p 的位寬也改為 22,那么輸出結(jié)果將會(huì)是 12,三個(gè)成員都不會(huì)挨著存儲(chǔ)。
當(dāng)相鄰成員的類型不同時(shí),不同的編譯器有不同的實(shí)現(xiàn)方案,GCC 會(huì)壓縮存儲(chǔ),而 VC/VS 不會(huì)。
請(qǐng)看下面的位域 bs:
1#include
如果成員之間穿插著非位域成員,那么不會(huì)進(jìn)行壓縮。例如對(duì)于下面的 bs:
1structbs{ 2unsignedm:12; 3unsignedch; 4unsignedp:4; 5}; 在各個(gè)編譯器下 sizeof 的結(jié)果都是 12。 通過上面的分析,我們發(fā)現(xiàn)位域成員往往不占用完整的字節(jié),有時(shí)候也不處于字節(jié)的開頭位置,因此使用&獲取位域成員的地址是沒有意義的,C語言也禁止這樣做。地址是字節(jié)(Byte)的編號(hào),而不是位(Bit)的編號(hào)。
無名位域
位域成員可以沒有名稱,只給出數(shù)據(jù)類型和位寬,如下所示:
1structbs{ 2intm:12; 3int:20;//該位域成員不能使用 4intn:4; 5}; 無名位域一般用來作填充或者調(diào)整成員位置。因?yàn)闆]有名稱,無名位域不能使用。 上面的例子中,如果沒有位寬為 20 的無名成員,m、n 將會(huì)挨著存儲(chǔ),sizeof(struct bs)的結(jié)果為 4;有了這 20 位作為填充,m、n 將分開存儲(chǔ),sizeof(struct bs)的結(jié)果為 8。
原文標(biāo)題:C語言位域(位段)詳解
文章出處:【微信公眾號(hào):玩轉(zhuǎn)單片機(jī)】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
責(zé)任編輯:haq
-
存儲(chǔ)
+關(guān)注
關(guān)注
13文章
4128瀏覽量
85292 -
C語言
+關(guān)注
關(guān)注
180文章
7575瀏覽量
134246
原文標(biāo)題:C語言位域(位段)詳解
文章出處:【微信號(hào):mcu168,微信公眾號(hào):硬件攻城獅】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
發(fā)布評(píng)論請(qǐng)先 登錄
相關(guān)推薦
評(píng)論