大话C语言：第43篇 结构体的位域

位域是结构体中的一个特殊成员，它允许我们指定该成员所占用的位数，而不是使用完整的字节或更大的单位。这在需要精确控制数据在内存中的布局时特别有用，例如在网络编程或硬件接口编程中。

位域的定义语法如下：

struct 标签或者结构体名
{  
    数据类型 成员1 : 位宽;  
    数据类型 成员2 : 位宽;  
    ...  
    数据类型 成员n : 位宽; 
};

例如，

struct Data
{
    unsigned int a:2;
    unsigned int b:6;
    unsigned int c:4;
    unsigned int d:4;
    unsigned int i;
};

结构体Data的内存模型：

代码示例：

#include <stdio.h>  
  
// 定义一个包含位域的结构体  
struct BitFields 
{  
    unsigned int flag1: 1;       // 占用1位  
    unsigned int count: 4;       // 占用4位  
    unsigned int flag2: 1;       // 占用1位  
    unsigned int : 2;            // 无名位域，用于填充，占用2位  
    unsigned int value: 8;       // 占用8位  
    unsigned int : 0;            // 用于强制对齐到下一个存储单元边界  
};  
  
int main() 
{  
    // 创建一个BitFields结构体的实例  
    struct BitFields bf;  
  
    // 设置位域的值  
    bf.flag1 = 1;           // 设置flag1为1  
    bf.count = 7;           // 设置count为7  
    bf.flag2 = 0;           // 设置flag2为0  
    bf.value = 255;         // 设置value为255（注意：这里可能会有截断，因为value只有8位）  
  
    // 打印位域的值  
    printf("flag1: %u\n", bf.flag1);  
    printf("count: %u\n", bf.count);  
    printf("flag2: %u\n", bf.flag2);  
    printf("value: %u\n", bf.value);  
  
    // 输出整个结构体的大小  
    printf("Size of struct BitFields: %lu\n", sizeof(struct BitFields));  
  
    return 0;  
}

注意，

• 结构体中的位域字段在赋值时，不要超出位段定义的范围；例如，struct BitFields中的flag1只有一位，取值只能是0或者1。

• 结构体中的位域字段的类型必须指定为整型或字符型。

• 构体中的一个位域字段必须存放在一个存储单元中，不能跨两个单元。如果第一个单元空间不能容纳下一个位段，则该空间不用，而从下一个单元起存放该位段。

例如，

#include <stdio.h>  
  
// 定义一个包含位域的结构体  
struct BitFields 
{  
    char flag1: 7;       // 占用7位  
    char flag2: 7;       // 占用7位  
    char flag3: 5;       // 占用5位  
};  
  
int main() 
{  
    // 创建一个BitFields结构体的实例  
    struct BitFields bf;  
  
    // 设置位域的值  
    bf.flag1 = 1;           // 设置flag1为1  
    bf.flag2 = 7;           // 设置count为7  
    bf.flag3 = 0;           // 设置flag2为0   
  
    // 打印位域的值  
    printf("flag1: %u\n", bf.flag1);  
    printf("flag2: %u\n", bf.flag2);  
    printf("flag3: %u\n", bf.flag3);  
  
    // 输出整个结构体的大小  
    printf("Size of struct BitFields: %lu\n", sizeof(struct BitFields));  
  
    return 0;  
}

注意，位域长度不能超过数据类型存储单元的长度。其中，

• char型位段不能大于8位

• short int型位段不能大于16位

• int的位段，位段不能大于32位

• long int的位段，位段不能大于32位