C語言如何實現位段機制

這篇文章主要為大家展示了“C語言如何實現位段機制”，內容簡而易懂，條理清晰，希望能夠幫助大家解決疑惑，下面讓小編帶領大家一起研究并學習一下“C語言如何實現位段機制”這篇文章吧。

概念

什么是位段？

位段又稱為位域，C語言允許在一個結構體中以位為單位來指定其成員所占內存長度，這種以位為單位的成員就叫做稱為位段( bit field) 。利用位段能夠用較少的位數存儲數據達到節省空間的目的。

位段是結構體特有的，所以聲明是和結構是類似的，但有兩個不同：

1. 位段成員必須是 int ，unsigned int，signed int

2. 位段成員名后邊結構包括一個冒號和整型數字

舉個栗子：

struct haha
{
    unsigned int ch   : 8;    //8位
    unsigned int chh : 6;    //6位
    unsigned int chhh : 18;   //18位
};
struct haha dest;

內存分配

這里的 haha 就是一個位段的類型，這個神神秘秘的位段咱不常見，那么他的大小怎么算的呢？其實和結構體是一樣的：

struct arr
{
int a:2;
int b:5;
int c:10;
int d:30;
};
int main()
{
printf("%d\n",sizeof(struct arr));
return 0;
}

這里 a：2什么意思呢？

成員 a 只占 2 個比特位，后面同理，既然這樣，那我們總計 47 比特位，也就是 6 個字節 48 個比特位已經足夠了，那為什么又是 8 呢？位段的內存分配到底是怎樣的？

這里千萬不要犯低級錯誤誤認為他的大小就是 47 個比特位，和前一篇博客敘述原理相同，因為都是 int 類型，所有成員會向 int 看齊，int 是四字節，默認 8 字節，對齊數取 4 字節，a+b < 1字節，合并申請 1 字節空間，后面都需要獨立申請空間，總計 1+2+4 = 7字節，結構體大小必須是最大對齊數整數倍，取 4 的整數倍就是 8，因此為 8 字節。

位段跨平臺問題

我們細想剛剛這種機制，a，b，c，d 分別為 2,5,10,30 比特位，而我一個字節是 8 個比特位，假若在給 a 分配了 1 字節后，還剩 6 比特位，這 6 個位子我要不要讓給二哥 b 成員來享用呢？==我是一字節一字節榨干資本還是出手闊綽安排"單人房"呢？==這里就有了歧義。

要知道位段在空間上是按照需要以四字節 int 或一字節 char 的方式來開辟空間，他涉及很多的不確定性因素，這就是為什么位段是不跨平臺的，注重可移植性的程序應該避免使用位段。

有什么不確定因素呢，就好比我們剛剛提到的內存分配問題，這個問題連C語言標準都沒有規定我到底該怎么利用，需要由具體的編譯器環境決定，編譯器環境又依賴于不同的平臺比如 Linux 是 gcc 標準，VS則是 windows 標準。

我們要知道：

• 1. int 位段被當成有符號數還是無符號數是不確定的。

• 2. 位段中最大位的數目不能確定（16位機器最大 16,32 位機器最大 32）。

• 3. 位段中成員的內存從左到右分配還是從右向左分配標準尚未定義。

• 4. 當一個結構中包含兩個位段時，第二個位段成員比較大，無法容納第一個位段剩余的位時，是應當舍棄還是利用，標準尚未定義。

作用

“ 這么個玄乎的玩意兒拿來干嘛啊 ”你可能會有這樣的疑問

我們拿上面的情景來分析一手：

int a:2;
int b:5;
int c:10;
int d:30;

我們不分配位段時，需要 16 個字節，分配后只要 8 個字節，其實位段就是為了節省空間，充當個省流大師。

位段使用的前提條件就是某些細節需要非常明確，假如我成員 a 的取值只有四種狀態：00，01，10，11，那我給 a 分配 2 個字節是不是就足夠了，那我就給 2 個，我如果一上手啪嘰就是一個 int 類型，32 個字節橫空出世，這個節省的性價比可不低哦~

當然萬事萬物不可能十全十美，我幫你節省但總歸會有一定浪費，這是不可避免的。總結一下就是位段跟結構相比，可以達到相同效果且可以有效節省空間，但存在跨平臺問題存在。

Tip

注意，位段機制跟棧還扯不上關系，入棧的是數據的字節，位段是在這些字節的內部空間上發揮作用，已經細節到“位”了，以及之前提到的大小端模式，大小端是連續字節數據的存放模式，也細化不到字節上。

應用場景

位段在實際生活中也有廣泛的應用，比如我們網絡上數據包的格式：

這就是我們在互聯網上向某個對象發送信息的原理，里面最大的問題就是這個包如果直接扔到網上去，就會像拖拉機上高速，鐵鐵的堵車造成網絡擁擠，我們就會利用位段機制進行適當縮減以減小網絡的負擔。

以上是“C語言如何實現位段機制”這篇文章的所有內容，感謝各位的閱讀！相信大家都有了一定的了解，希望分享的內容對大家有所幫助，如果還想學習更多知識，歡迎關注億速云行業資訊頻道！