本文主要是介绍Linux 系统编程 —— C结构体之位域（位段），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
有些信息在存储时，并不需要占用一个完整的字节， 而只需占几个或一个二进制位。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”是把一个字节中的二进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。
一、位域的定义和位域变量的说明
位域定义与结构定义相仿，其形式为：
struct 位域结构名
{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，同时定义说明或者直接说明这三种方式。例如：
struct bs
{int a:8;int b:2;int c:6;
}data;说明data为bs变量，共占两个字节。其中位域a占8位，位域b占2位，位域c占6位。对于位域的定义尚有以下几点说明：
1. 一个位域必须存储在同一个字节中，不能跨两个字节。
如一个字节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 bs
{unsigned a:4unsigned b:5 /*从下一单元开始存放*/unsigned c:4
}2. 由于位域不允许跨两个字节，因此位域的长度不能大于一个字节的长度。
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:1int :2 /*无位域名，该2位不能使用*/int b:3int c:2
}; 举个例子：
普通结构体内存示例：
struct
{double a;//8 8 8 0-7 char b;//1 8 1 8 8-11浪费int c;//4 8 4 12-15int d;//4 8 4 16-19 20-24浪费
}S;解析：（vs下默认对齐数为8，linux下为4，以下环境为vs）
1.结构体中第一个成员a放在0偏移处，a是double类型，占8个字节，对齐数为8，从0偏移处开始往后放，0-7.
2.b占1个字节，对齐数为1（b自身大小为1，默认为8，较小值为1，即对齐数为1），8是1的倍数，所以从8偏移处开始放，8.
3.c占4个字节，对齐数为4，9-11浪费，从12开始放c,12-15.
4.d占4个字节，对齐数为4,16是4的倍数，从16开始放，16-19.
5.0-19是20个字节，最大对齐数为8,8的倍数最小的为24，20-24浪费.
6.因此，该结构体的大小为24.
位段大小的计算，及计算机的存储方式：
struct
{int a : 2;int b : 10;int c : 5;int d : 20;
}S;注意：
（1）位段成员的类型必须指定为unsigned或int类型。
（2）一个位段必须存储在同一存储单元中，不能跨两个单元。如果第一个单元空间不能容纳下一个位段，则该空间不用，而从下一个单元起存放该位段。
（3）可以定义无名位段。
（4）从图中可以看出位段是如何存储的，a、b、c放在一个存储单元，为4个字节，剩下的空间放不下d,放在下一个存储单元中，占4个字节，共占8个字节。
二、位域的使用
#include <iostream>
#include <memory.h>
using namespace std;
struct A
{int a:5;int b:3;
};
int main(void)
{char str[100] = "0134324324afsadfsdlfjlsdjfl";struct A d;memcpy(&d, str, sizeof(A));cout << d.a << endl;cout << d.b << endl;return 0;
}在32位x86机器上输出：
$ ./langxun.exe
-16
1解析：在默认情况下，为了方便对结构体内元素的访问和管理，当结构体内的元素长度都小于处理器的位数的时候，便以结构体里面最长的元素为对其单位，即结构体的长度一定是最长的数据元素的整数倍；如果有结构体内存长度大于处理器位数的元素，那么就以处理器的位数为对齐单元。由于是32位处理器，而且结构体中a和b元素类型均为int（也是4个字节），所以结构体的A占用内存为4个字节。
上例程序中定义了位域结构A，两个个位域为a（占用5位），b（占用3位），所以a和b总共占用了结构A一个字节（低位的一个字节）。
当程序运行到14行时，d内存分配情况：
高位 00110100 00110011 00110001 00110000 低位'4' '3' '1' '0' 其中d.a和d.b占用d低位一个字节（00110000）,d.a : 10000, d.b : 001
d.a内存中二进制表示为10000，由于d.a为有符号的整型变量，输出时要对符号位进行扩展，所以结果为-16（二进制为11111111111111111111111111110000）
d.b内存中二进制表示为001，由于d.b为有符号的整型变量，输出时要对符号位进行扩展，所以结果为1（二进制为00000000000000000000000000000001）
三、位域的对齐
如果结构体中含有位域(bit-field)，那么VC中准则是：
1) 如果相邻位域字段的类型相同，且其位宽之和小于类型的sizeof大小，则后面的字段将紧邻前一个字段存储，直到不能容纳为止；
2) 如果相邻位域字段的类型相同，但其位宽之和大于类型的sizeof大小，则后面的字段将从新的存储单元开始，其偏移量为其类型大小的整数倍；
3) 如果相邻的位域字段的类型不同，则各编译器的具体实现有差异，VC6采取不压缩方式（不同位域字段存放在不同的位域类型字节中），Dev-C++和GCC都采取压缩方式；
系统会先为结构体成员按照对齐方式分配空间和填塞（padding）,然后对变量进行位域操作。
四、位域与数据类型uint8_t uint16_t uint32_t uint64_t size_t ssize_t
参考：https://blog.csdn.net/lzx_bupt/article/details/7066577
C语言中好像没有这种数据类型，但是在实际应用的过程中，发现许多人的代码中都存在这种表示方式。其实uintX-t就是通过typedef定义的，利用预编译和typedef可提高效率也方便代码移植。总结如下：
typedef unsigned char uint8_t; //无符号8位数
typedef signed char int8_t; //有符号8位数
typedef unsigned int uint16_t; //无符号16位数
typedef signed int int16_t; //有符号16位数
typedef unsigned long uint32_t; //无符号32位数
typedef signed long int32_t; //有符号32位数
typedef float float32; //单精度浮点数
typedef double float64; //双精度浮点数
一般来说整形对应的*_t类型为：
uint8_t为1字节
uint16_t为2字节
uint32_t为4字节
uint64_t为8字节
uint8_t / uint16_t / uint32_t /uint64_t 是什么数据类型
这些数据类型是 C99 中定义的，具体定义在：/usr/include/stdint.h ISO C99: 7.18 Integer types <stdint.h>
#ifndef __int8_t_defined
# define __int8_t_defined
typedef signed char int8_t;
typedef short int int16_t;
typedef int int32_t;
# if __WORDSIZE == 64
typedef long int int64_t;
# else
__extension__
typedef long long int int64_t;
# endif
#endif/* Unsigned. */
typedef unsigned char uint8_t;
typedef unsigned short int uint16_t;
#ifndef __uint32_t_defined
typedef unsigned int uint32_t;
# define __uint32_t_defined
#endif
#if __WORDSIZE == 64
typedef unsigned long int uint64_t;
#else
__extension__
typedef unsigned long long int uint64_t;
#endif格式化输出：
unit64_t %llu
unit32_t %u
unit16_t %hu
unit8_t %d
举例：
#include<stdio.h>
#include<stdint.h>struct A
{uint8_t a:1;uint8_t b:4;
};
int main()
{struct A myA;printf("A size is %d\n",sizeof(myA));myA.a=1;myA.b=13;printf("myA.a is %c\n",myA.a);printf("myA.a is %d\n",myA.a);printf("myA.b is %c\n",myA.b);printf("myA.b is %d\n",myA.b);printf("end\n");return 0;
}32位系统输出结果：
[root@localhost tmp]# ./a.out
A size is 1
myA.a is
myA.a is 1
myA.b is
myA.b is 13
end
这篇关于Linux 系统编程 —— C结构体之位域（位段）的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！
