5分钟带你了解位段

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前言

对于结构体内部的成员来说，有时候一个int成员的取值是非常有限的，比如一个人的年龄最多只要8个比特位就够了。有些成员甚至只要3个比特位就够了。如果给一个整形的空间似乎有点多，这时就可以使用位段。

一、什么是位段

位段又称为位域是以位为单位来定义结构体(或联合体)中的成员变量所占的空间。C语言中没有专门的位段类型，位段的定义要借助于结构体，即以二进制位为单位定义结构体成员所占存储空间。从而就可以按“位”来访问结构体中的成员。

位段中的位指二进制位

位段的声明和结构是类似的，有两个不同：

1. 位段的成员必须是 int 、 unsigned int 或 signed int 。 2. 位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

比如：

struct A
{
	int _a : 2;
	int _b : 5;
	int _c : 10;
	int _d : 30;
};

A 就是一个位段类型。

那么问题来了

1成员名后边有一个冒号和一个数字代表了什么？

2 那位段 A 的大小是多少？

二、位段的内存分配

首先明确：

1. 位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char （属于整形家族）类型

2. 位段的空间上是按照需要以 4 个字节（ int ）或者 1 个字节（ char ）的方式来开辟的。

问题一：

成员名后边有一个冒号和一个数字代表这个变量所占的二进制位。

比如：_a占2个二进制位，_b占5个比特位。

这时_a,_b他们的空间开辟不是直接开辟了一个int类型的空间。

让我们来看问题二：

	printf("%d", sizeof(struct A));

答案：8

//一个例子
struct S
{
 char a:3;
 char b:4;
 char c:5;
 char d:4;
};
struct S s = {0};
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;
//空间是如何开辟的？

位段的空间开辟这里全是char型那么就先开辟1个字节也就是8个比特位，那么问题来了a是从左边开始存还是从右边开始存，事实上C语言对此并没有明确的声明。对于vs环境来说从右边开始存储。a存10二进制为1010，而a只有3个空间截断后存入010，b同理存入1100.到c时开始开辟的8的比特位剩下的空间不够所以将剩下的比特位浪费掉，开辟一个新的字节。存完后如下图。

对于vs环境内一个字节内从低位往高位放入数据，当剩下的空间不够所以将剩下的比特位浪费掉，开辟新的空间。以此类推······

三：位段的作用

1.优点

其实位段设计出来他的作用和结构体是类似的，他的成员通过加上位后使得节省了空间。

2.缺点

位段涉及很多不确定因素，位段是不跨平台的，注重可移植的程序应该避免使用位段。

位段的跨平台问题

1. int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。 2. 位段中最大位的数目不能确定。（ 16 位机器最大 16 ， 32 位机器最大 32 ，写成 27 ，在 16 位机 器会出问题。 3. 位段中的成员在内存中从左向右分配，还是从右向左分配标准尚未定义。 4. 当一个结构包含两个位段，第二个位段成员比较大，无法容纳于第一个位段剩余的位时，是 舍弃剩余的位还是利用，这是不确定的

总结：

跟结构相比，位段可以达到同样的效果，但是可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。

四。使用位段所要注意的问题总结

1)位段的类型只能是int，unsigned int，signed int三种类型，不能是char型或者浮点型；

2)位段占的二进制位数不能超过该基本类型所能表示的最大位数，即位段不能跨字节存储，比如在VC中int是占4个字节，那么最多只能是32位；

3)无名位段不能被访问，但是会占据空间；

4)不能对位段进行取地址操作；

5)若位段占的二进制位数为0，则这个位段必须是无名位段，下一个位段从下一个位段存储单元(这里的位段存储单元经测试在VC环境下是4个字节)开始存放；

6)若位段出现在表达式中，则会自动进行整型升级，自动转换为int型或者unsigned int。

7)对位段赋值时，最好不要超过位段所能表示的最大范围，否则可能会造成意想不到的结果。

8)位段不能跨类型存储，类型不同，也存在字节对应。

9)位段不能出现数组的形式。

五.位段的应用

在网络底层的引用：（IP分装包的一种格式）