位域是指信息在存儲時，並不需要占用一個完整的位元組， 而只需占幾個或一個二進制位。例如在存放一個開關量時，只有0和1 兩種狀態， 用一位二進位即可。為了節省存儲空間，並使處理簡便，C語言又提供了一種數據結構，稱為“位域”或“位段”。所謂“位域”是把一個位元組中的二進位劃分為幾 個不同的區域， 並說明每個區域的位數。每個域有一個域名，允許在程式中按域名進行操作。 這樣就可以把幾個不同的對象用一個位元組的二進制位域來表示。
基本介紹
- 中文名：位域
- 形式：struct 位域結構名
- 特點：與結構變數說明的方式相同
- 目的：為了節省存儲空間
位域的定義和位域變數的說明,位域定義,位域變數的說明,位域定義的幾點說明,位域的使用及占用空間,位域的使用,位域的對齊,位域的符號特性,
位域的定義和位域變數的說明
位域定義
與結構定義相仿，其形式為：
struct 位域結構名
{ 位域列表 };
其中位域列表的形式為： 類型說明符 位域名：位域長度
例如：
struct bs
{int a:8;int b:2;int c:6;};
位域變數的說明
與結構變數說明的方式相同。 可採用先定義後說明，同時定義說明或者直接說明這三種方式。例如：
struct bs
{int a:8;int b:2;int c:6;}data;
說明data為bs變數，共占2個位元組。其中位域a占8位，位域b占2位，位域c占6位。
位域定義的幾點說明
對於位域的定義尚有以下幾點說明：
1. 寬度為 0 的一個未命名位域強制下一位域對齊到其下一type邊界，其中type是該成員的類型。例如：
struct bs {
unsigned a:4;
unsigned :0 ;/*空域*/
char b:4 ;/*從下一單元開始存放*/
unsigned c:4;
}data;
VC6（默認的配置，未作任何最佳化選擇） 對空域的處理。
實驗中，0x0012ff74為變數data的起始地址，位域a填充0x0012ff74的後四位，位域b從0x0012ff78開始，占據0x0012ff78的後四位。所以空域占據了從a開始的4個位剩餘部分。
乍看 VC6對空域的處理是依據空域的類型，即unsigned。其實不然。
經試驗，空域所占大小和 a的類型及 空域的類型 二者皆相關。
即以下四種情況，
a,空域皆為char時，二者共占據1位元組；
a 為unsigned，空域為unsigned； a 為char，空域為unsigned； a 為unsigned，空域為char；這三種情況，二者共占據4位元組。
2. 位域的長度不能大於指定類型固有長度，比如說int的位域長度不能超過32，bool的位域長度不能超過8。
3. 位域可以無位域名，這時它只用來作填充或調整位置。無名的位域是不能使用的。例如：
struct k
{int a:1int :2 /*該2位不能使用*/int b:3int c:2};
從以上分析可以看出，位域在本質上就是一種結構類型， 不過其成員是按二進位分配的。
位域的使用及占用空間
位域的使用
位域的使用和結構成員的使用相同，其一般形式為： 位域變數名·位域名 位域允許用各種格式輸出。
int main(void) { struct bs { unsigned a: 1; unsigned b: 3; unsigned c: 4; }bit, *pbit; bit.a = 1; bit.b = 7; bit.c = 15; printf("%d,%d,%d\n", bit.a, bit.b, bit.c); pbit = &bit; pbit->a = 0; pbit->b &= 3; pbit->c |= 1; printf("%d,%d,%d\n", pbit->a, pbit->b, pbit->c); return 0; } |
程式的9、10、11三行分別給三個位域賦值。( 應注意賦值不能超過該位域的允許範圍)程式第12行以整型量格式輸出三個域的內容。第13行把位域變數bit的地址送給指針變數pbit。第14行用指針 方式給位域a重新賦值，賦為0。第15行使用了複合的位運算符"&="， 該行相當於： pbit->b=pbit->b&3位域b中原有值為7，與3作按位與運算的結果為3(111&011=011,十進制值為 3)。同樣，程式第16行中使用了複合位運算"|="， 相當於： pbit->c=pbit->c|1其結果為15。程式第17行用指針方式輸出了這三個域的值。
為了節省空間，可以把幾個數據壓縮到少數的幾個類型空間上，比如需要表示二個3位二進制的數，一個2位二進制的數，則可以用一個8位的字元表示之。
struct
{char a : 3;char b : 3;char c : 2;} ;
這個結構體所占空間為一個位元組，8位。節省了空間。
位域的對齊
如果結構體中含有位域(bit-field)，那么VC中準則是：
1) 如果相鄰位域欄位的類型相同，且其位寬之和小於類型的sizeof大小，則後面的欄位將緊鄰前一個欄位存儲，直到不能容納為止；
2) 如果相鄰位域欄位的類型相同，但其位寬之和大於類型的sizeof大小，則後面的欄位將從新的存儲單元開始，其偏移量為其類型大小的整數倍；
3) 如果相鄰的位域欄位的類型不同，則各編譯器的具體實現有差異，VC6採取不壓縮方式（不同位域欄位存放在不同的位域類型位元組中），Dev-C++和GCC都採取壓縮方式；
系統會先為結構體成員按照對齊方式分配空間和填塞（padding）,然後對變數進行位域操作。
位域的符號特性
位域的符號特性，是說位域變數的正或者負的問題。當使用有符號類型來定義位域，並且使用到了正負（有意或者無意）特性作為判斷條件時，就有問題了。
#include <iostream>
using namespace std;
class test
{
public:
test(int i1,int j1,int k1){
i = i1;
j = j1;
k = k1;
}
int i:1;
int j:2;
int k:13;
};
int main (){
test t((int)1,(int)2,(int)3);
cout<<t.i<<" "<<t.j<<" "<<t.k;
return 0;
}
上面這個程式的輸出是-1 -2 3. 和我們預想的1，2，3不同。有符號數在機器中是以補碼的形式存在的，其正負的判斷有其規則。位域是以原碼的形式來進行操作的，這中間有差異，造成了上面的結果。而關於位域的正負數判斷，也不是簡單的首bit的0或1來決定，否則上面的結果就應該是-1 -2 -3或者1 2 3了。位域的實現，是編譯器相關的。建議是，使用位域不要使用正負這樣的特性——理論上來說，應該只關注定義的那幾個bit的0或者1，是無符號的。當然，像上面那條列印也沒有使用正負特性。這就是無意識的過程中使用了正負特性。可以使用無符號類型來定義位域，這樣不會產生正負號這樣的問題。
