C语言结构体位定义（位段）的实际作用深入分析

1、结构体位段格式

struct struct_name {type [member_name] : width;
};

• 一般定义结构体，成员都是int、char等类型，占用的空间大小是固定的
• 在成员名称后用冒号来指定位宽，可以指定每个成员所占用空间，并且也不用受结构体成员起始地址对齐的限制

2、通过代码分析

2.1、不使用结构体位段

2.2、使用结构体位段

2.3、代码分析

• 得到汇编代码的命令：
  • riscv64-unknown-elf-gcc test.c
  • riscv64-unknown-elf-objdump -dS ./a.out > test.dis
• 2.1和2.2中的C语言代码除了结构体是否使用位段定义的区别外，并没有其他区别，但是通过反汇编文件可知，使用了结构体位段翻译出的汇编语句会更多
• 使用了结构体位段，每个结构体所占空间会更少
• 使用结构体位段，本质上就是降低C代码程序员的编程难度，将部分工作交给编译器完成
  • 比如上面的例子，使用结构体位段后，不同成员的位宽不一样，编译器在将C代码转换成汇编代码时，就会添加一些移位操作、与或操作，这些操作C代码程序员自己来完成也是可以实现的

3、结构体位段的优劣势

• 使用位段的优势：
  • 结构体的大小比较小，成员排布紧密，定义结构体变量时所占空间小，可以节省内存
  • 使用位段，只是结构体定义有差别，对于访问结构体成员变量的方式并没有区别
• 使用位段的劣势：
  • C语言代码虽然并没有区别，但是编译出的汇编代码会更多，编译出的elf/bin文件会更大
• 位段合适的使用场景：
  • 设备的flash比较大，ram比较小：
    • 可以接受烧录文件大一些，但是希望变量占用的内存小一些
    • 相同功能，使用位段后要执行的汇编代码会更多，性能也会有下降
  • 用于协议头解析：
    • 在通信中，协议头解析是很常见的，有的协议头就是每个字段占几个bit，如果使用char、int等常规变量类型类定义结构体，无法和协议头的内容保持对齐
    • 按照协议头中各字段所占的bit位来定义结构体位段，可以很方便的解析出协议头中各字段的数值，C代码写起来简单易懂