结构体实现位段

目录

1.什么是位段

2.位段的计算

3. 位段的内存分配

4.位段的跨平台问题

5.位段的应⽤

6.位段使⽤的注意事项

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1.什么是位段

段位的声明和结构体是类似的，但有两个不同之处：

1. 位段的成员必须是 int ，unsigned int，或 signed int，char类型 （整形家族）,在C99中位段也可以是其他类型

2. 位段的成员名后有一个冒号和一个数字

例：

struct A
{int _a : 2;  //_a只能使用2个比特位大小int _b : 5;  int _c : 10;int _d : 30;
};

这里A就是位段的类型，冒号后面的数字表示该元素所占用空间的大小（单位：bite）

冒号后面数字的大小不能超过该成员所开辟空间的大小

这段A占多大空间呢

2.位段的计算

我们知道了位段，那么位段应该怎么计算呢？

开辟规则：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。

例：

struct B
{char _a : 3;char _b : 4;char _c : 5;char _d : 4;
};

因为是char类型，所以按照需要一次开辟1个字节 即：8个bit位，先将数据往里放，不够用了在继续开辟

第一次_a存入3个bit，然后_b继续存入4个bit，此时我们开辟的空间已经剩下1bit，支持不了_c的存放，于是又开辟了8个bit，这时分两种情况：

1. 使用前面剩下的1bit空间，然后继续使用新开辟的8bit中的4bit
2. 丢弃前面开辟的1bit空间，直接使用新开辟的空间存放_c

这两种情况并没有明确的规定使用哪一个，根据编译器的不同可能情况各异。我当前使用的是VS2022，是按照第二种情况开辟空间的，此时_c成员使用了5bit，还剩下3bit，已经不足以存放_c了，于是又开辟了一个空间存放_d。到此所有的成员已存放完成，使用了3字节，浪费了8bit的空间

3. 位段的内存分配

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。

位段使用因环境而异，不同的环境可能需要相符合的位段，虽然麻烦，但是位段很节省空间

例：

struct B
{char _a : 3;char _b : 4;char _c : 5;char _d : 4;
};int main()
{struct B a = { 0 };a._a = 10;a._b = 12;a._c = 3;a._d = 4;return 0;
}

我们知道结构体B的大小是3字节，现在我们想在这些空间上面赋一些值

在内存分配的时候我们可能会遇到一个问题，他是怎么分配资源的呢？从左向右还是从右向左呢？

这是一条C语言标准尚未定义的规则，所以不同编译器下可能不一样，在VS2022编译器下经过测试是按照从右往左使用的

所以VS2022上的分配情况：

存放数据示图：

原本_a是1010，由于_a只有3个bit的空间，所以只能舍弃前面的1

我们将二进制转换为十六进制，

先写出这三个空间的二进制：01100010 00000011 00000100  

转换十六进制：64   03  04

4.位段的跨平台问题

• int位段被当成有符号数还是⽆符号数是不确定的。
• 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。
• 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。
• 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。

在使用位段时需要十分谨慎，因为跟结构相⽐，位段可以达到同样的效果，并且可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。

5.位段的应⽤

使用微信，qq，以及其他的一些聊天软件时，我们只需将发送的内容写入对话框并点击发送即可，但是这其中要实现不像我们操作的这么简单

比你想象得更加复杂的多，当你发消息给某人时，系统需要知道这个信息从哪来，到哪去，以及这条信息的生存时间等等

如图：

如上图我们使用段位就可以节省大量空间，而且当我们发送消息时，发出去得数据包越小，我们传输的效率就越高，打个比方，在满是汽车的高速公路上，如果所有车都是小汽车，那么交通就会很便利，流畅，但如果全是大货车，体型很大的车，那么就会让交通很堵塞，交通不便利

6.位段使⽤的注意事项

位段的⼏个成员共有同⼀个字节，这样有些成员的起始位置并不是某个字节的起始位置，那么这些位 置处是没有地址的。内存中每个字节分配⼀个地址，⼀个字节内部的bit位是没有地址的。所以不能对位段的成员使⽤&操作符，这样就不能使⽤scanf直接给位段的成员输⼊值，只能是先输⼊ 放在⼀个变量中，然后赋值给位段的成员。

struct B
{char _a : 3;char _b : 4;char _c : 5;char _d : 4;
};int main()
{struct B a = { 0 };scanf("%d", &a._a);//错误的演示，编译器会报错，不允许使用位域的地址//正确的操作int b = 10;a._a = b;return 0;
}