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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(kāi)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(yǔ)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： :后面的數(shù)字用來(lái)限定成員變量占用的位數(shù),。成員 m 沒(méi)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(zhǎng)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：
#include 0xad, 0xe, $ 0xb8901c, 0xd, : 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(méi)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(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,，位域的寬度不能超過(guò)它所依附的數(shù)據(jù)類型的長(zhǎng)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(zhǎng)度,， :后面的數(shù)字不能超過(guò)這個(gè)長(zhǎng)度,。例如上面的 bs，n 的類型是 unsigned int,，長(zhǎng)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(guò) 32,；ch 的類型是 unsigned char,，長(zhǎng)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(guò) 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(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。 C語(yǔ)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,。 關(guān)于C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)以及 ANSI C 和 C99 的區(qū)別,，我們已在VIP教程《C語(yǔ)言的兩套標(biāo)準(zhǔn)》中進(jìn)行了講解。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(yǔ)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(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)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： 1) 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(kāi)始，其偏移量為類型大小的整數(shù)倍,。 以下面的位域 bs 為例： 運(yùn)行結(jié)果： 4 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(méi)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，這將在《C語(yǔ)言和內(nèi)存》專題的《C語(yǔ)言內(nèi)存對(duì)齊,，提高尋址效率》一節(jié)中詳細(xì)講解,。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)?22+12 = 34,，大于 32，n 會(huì)從新的位置開(kāi)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)。 2) 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： 在 GCC 下的運(yùn)行結(jié)果為 4,，三個(gè)成員挨著存儲(chǔ)；在 VC/VS 下的運(yùn)行結(jié)果為 12,，三個(gè)成員按照各自的類型存儲(chǔ)（與不指定位寬時(shí)的存儲(chǔ)方式相同）,。 m 、ch,、p 的長(zhǎng)度分別是 4,、1、4 個(gè)字節(jié),，共計(jì)占用 9 個(gè)字節(jié)內(nèi)存,，為什么在 VC/VS 下的輸出結(jié)果卻是 12 呢？這個(gè)疑問(wèn)將在《C語(yǔ)言和內(nèi)存》專題的《C語(yǔ)言內(nèi)存對(duì)齊,，提高尋址效率》一節(jié)中為您解開(kāi),。3) 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： 在各個(gè)編譯器下 sizeof 的結(jié)果都是 12,。 通過(guò)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(kāi)頭位置,，因此使用 &獲取位域成員的地址是沒(méi)有意義的，C語(yǔ)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(wú)名位域位域成員可以沒(méi)有名稱,，只給出數(shù)據(jù)類型和位寬,，如下所示：無(wú)名位域一般用來(lái)作填充或者調(diào)整成員位置。因?yàn)闆](méi)有名稱,，無(wú)名位域不能使用,。 上面的例子中，如果沒(méi)有位寬為 20 的無(wú)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(kāi)存儲(chǔ),，sizeof(struct bs) 的結(jié)果為 8,。 |
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