理解C語言位域

這也是在chinaunix上看了幾篇關於c語言'位域(bit fields)'的帖子之後，才想寫下這篇文章的。其實在平時的工作中很少使用到'位域'，我是搞伺服器端程式設計的，大容量的記憶體可以讓我毫不猶豫的任意'揮霍'^_^。想必搞嵌入式程式設計的朋友們對位域的使用應該不陌生吧。這裡我也僅僅是憑著對c語言鑽研的興趣來學習一下'位域'的相關知識的，可能有些說法沒有實踐，缺乏說服力。

具體也不是很清楚當年c語言的創造者為什麼要加入位域這一語法支援，那是太遙遠的事情了，我們不需要再回顧了，既然大師們為我們創造了它，我們使用便是了。

毋庸置疑，位域的引入給使用者的最大的好處莫過於可以有效的利用'昂貴'的記憶體和操作bit的能力了。而且這種操作bit位的能力很是方便，利用結構體網域名稱即可對這些bit進行操作。例如：

struct foo ;

struct foo afoo;

afoo.a = 1;

afoo.b = 3;

afoo.c = 0;

通過結構體例項.網域名稱即可修改某些bit得值，這些都是編譯器的'甜頭'。當然我們也可以自己通過一些'掩碼'和移位操作來修改這些bit，當然如果不是十分需要，我們是不需要這麼做的。

位域還提供一種叫'匿名'位域的語法，它常用來'填缺補漏'，由於是'匿名'，所以你不能像上面那樣去訪問它。如：

struct foo1 ;

在foo1的成員a和c之間有乙個2 bits的匿名位域。

在foo結構體的定義中，成員a雖然型別為int，但是它僅僅佔據著4個位元組中的乙個bit的空間；類似b佔據2個bit空間，但是b到底是佔據第乙個int的2個bit空間呢還是第二個int的2個bit空間呢？這裡實際上也涉及到如何對齊帶有'位域'的結構體這樣乙個問題。我們來分析一下。

我們再來看看下面兩個結構體定義：

struct foo2 ;

struct foo3 ;

我們來列印一下這兩個結構體的大小，我們得到的結果是：

sizeof(struct foo2) = 1

sizeof(struct foo3) = 2

顯然都不是我們期望的，如果按照正常的記憶體對齊規則，這兩個結構體大小均應該為3才對，那麼問題出在哪了呢？首先通過這種現象我們可以肯定的是：帶有'位域'的結構體並不是按照每個域對齊的，而是將一些位域成員'**'在一起做對齊的。以foo2為例，這個結構體中所有的成員都是char型的，而且三個位域占用的總空間為6 bit < 8 bit(1 byte)，這時編譯器會將這三個成員'**'在一起做對齊，並且以最小空間作代價，這就是為什麼我們得到sizeof(struct foo2) = 1這樣的結果的原因了。再看看foo3這個結構體，同foo2一樣，三個成員型別也都是char型，但是三個成員位域所佔空間之和為9 bit > 8 bit(1 byte)，這裡位域是不能跨越兩個成員基本型別空間的，這時編譯器將a和b兩個成員'**'按照char做對齊，而c單獨拿出來以char型別做對齊，這樣實際上在b和c之間出現了空隙，但這也是最節省空間的方法了。我們再看一種結構體定義：

struct foo4 ;

在foo4中雖然三個位域所占用空間之和為6 bit < 8 bit(1 byte)，但是由於char和int的對齊係數是不同的，是不能**在一起，那是不是a、b**在一起按照char對齊，c單獨按照int對齊呢？我們列印一下sizeof(struct foo4)發現結果為4，也就是說編譯器把a、b、c一起**起來並以int做對齊了。

通過上面的例子我們發現很難總結出很規律性的東西，但是帶有'位域'的結構體的對齊有條原則可以遵循，那就是："儘量減少結構體的占用空間"。當然顯式的使用記憶體對齊的機會也並不多。^_^

理解C語言位域

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C語言位域

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