C语言之位域（位段）入门详解

一、引言

信息处理中，有些信息在存储时，并不需要占用一个完整的字节，而只需占一个或几个比特位。例如在存放一个开关量时，只有0和1 两种状态，用一位二进制位即可。为了节省存储空间，并使处理简便，C语言又提供了一种数据结构，称为“位域”或“位段”。
所谓“位域”是把一个字节中的比特位划分为几个不同的区域，并说明每个区域的位数。每个域有一个域名，允许在程序中按域名进行操作。这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示。位域在本质上就是一种结构类型，不过其成员是按二进制位分配的。

二、位域

1.位域的定义
位域是通过结构体来定义的，相比较普通的结构体，位域的成员需要明确标注其所占比特位的长度。
位域定义的基本语法如下：

struct 位域结构体名 
{
    
    
	位域列表 
};

其中位域列表的形式为：

     类型说明符  位域名 : 位域长度;

例如:

 struct BitField
{
    
    
	char a:8;
	char b:2;
	char c:5;
};

该结构体定义的就是位域（位段），位域a占用8个比特位，位域b占用2个比特位，位域c占用5个比特位。
位域的总长度和域变量定义的类型有关，是存储单元类型长度的倍数。
2.位域变量的定义
位域变量的说明与结构变量说明的方式相同。可采用先定义后说明、同时定义说明、直接说明这三种方式。
例如：

struct BitField
{
    
    
	char a:8;
	char b:2;
	char c:5;
}weiyu;

weiyu为BitField变量，共占两个字节。
3.位域的注意事项
1）一个位域必须存储在同一个存储单元中，不能跨两个存储单元。
2）一个存储单元所剩空间不够存放另一位域时，应从下一单元起存放该位域。也可以有意使某位域从下一单元开始。例如：

struct bf
{
    
    
	unsigned char a:4;
	unsigned char :0; /*空域*/
	unsigned char b:4; /*从下一单元开始存放*/
	unsigned char c:4;
};

在这个位域定义中，a占第一字节的4位，后4位填0表示不使用，b从第二字节开始，占用4位，c占用4位。

struct bf
{
    
    
	 unsigned  char a:5;
	 unsigned  char b:2; 
	 unsigned  char c:4;
};

sizeof(struct bf) =  2 //该位域总长度为2个字节

3）位域可以无位域名，这时它只用来作填充或调整位置。无名的位域是不能使用的。例如：

struct k
{
    
    
　　int a:1;
　　int :2; /*该2位不能使用*/
　　int b:3;
　　int c:2;
};

4）位域列表中，尽可能不要出现不同类型的域，否则，不同的编译器下得到的位域的长度将不一致。
4.位域的使用
位域的使用和结构成员的使用相同，其一般形式为：

 位域变量名·位域名

位域允许用各种格式输出。
5.位域在内存中存储模式
不同的芯片存储次序是不同的，对于Intel芯片，是按照从低位开始存储的，而对于Motolola芯片则正好相反。因此在使用不同芯片之间进行数据传输使用位域存储的数据的时候，必须知道是否是相同的芯片之间的数据传输，因为在信息的接收端要确保按照正确的次序读取相应的位域，否则将会发生不可预知的错误！！！

三、位域示例

Demo1：对某位域分别赋值，之后对位域进行不同的赋值或者位运算，并分别向屏幕输出位域。
1）参考代码

#include"stdio.h"
struct bf
{
    
    
	unsigned char a:1;
	unsigned char b:3;
	unsigned char c:3;
};
int main()
{
    
    
	bf bit, *pbit;
	bit.a = 1;
	bit.b = 7;
	bit.c = 2;
	printf(" %d,%d,%d\n",bit.a,bit.b,bit.c);
	pbit = &bit;
	pbit->a = 0;
	pbit->b &= 0x5;
	pbit->c |= 0x5;
	printf(" %d,%d,%d\n",pbit->a,pbit->b,pbit->c);
	printf( " length of bitfield : %d", sizeof( bf ) );
return 0;
}

2）第一次给位域赋值后，内存的状态

在这里插入图片描述
0位存储的是位域a，占1个二进制位，其值是1
1-3位存储的是位域b，占3个二进制位，其值是7
4-6位存储的是位域c，占3个二进制位，其值是2
3）运行结果

Demo2：对位域整体进行赋值，之后分别输出每个位域
1）参考代码

#include"stdio.h"
struct BF
{
    
    
	unsigned char a:5;
	unsigned char b:2;
	unsigned char c:4;
};
int main()
{
    
    
	BF *val;
	unsigned short aa = 1000;//1111101000
	val = ( struct BF * )&aa;
	printf(" BF.a = %d\n", val->a);
	printf(" BF.b = %d\n", val->b);
	printf(" BF.c = %d\n", val->c);
	return 0;
}

2）内存状态
在这里插入图片描述
3）运行结果