C语言 struct的位域

C语言的结构体位域

前面可以看到，使用unoin共用体可以节省数据的存储空间。

同样，在结构体或者共用体中，使用位域也可以达到这个效果。

先看看什么时候可以使用位域，这个特点大多数人都不会用到，用到的大部分人都基本跟底层打交道，比如驱动开发、单片机开发等。

先看一个最简单的例子，比如我们的红绿灯系统，先定义一个结构体：

typedef struct
{
    unsigned int red;
    unsigned int green;
    unsigned int yellow;
} TrafficLight;

此时如果看一下TrafficLight结构体的大小，应该是12个字节

但是我们知道对于这几种灯而言，只有2中状态，开和关，也就是1和0，也就是1个bit其实就能表达，所以针对这种情况，有了位域的概念，先看一下位域的声明：

typedef struct 
{
    type name : width;
}

• type：整数类型
• name：为位域的名称
• width：为位域中位的数量，其值需要小于等于type指定的类型大小

所以交通灯的结构体使用位域的概念就如下所示：

typedef struct
{
    unsigned int red : 1;
    unsigned int green : 1;
    unsigned int yellow : 1;
} TrafficLight1;

三色红绿灯加起来一共需要3个bit，所以一个无符号整型就可以容纳这些值了，此时看一下这个结构体的长度，应该为4。

总结一下：

当结构体或共用体中有无符号整型或有符号整型成员时，C语言允许用户指定这些成员所占用的存储位数，即位域。通过将数据存储在它们所需的最小数目的存储位内，位域能够有效地提供存储空间的利用率，但是，要注意，位域成员必须被声明为有符号整型或无符号整型。

代码如下：

/*beginner/struct/struct6.c*/
#include <stdio.h>

int main()
{

    typedef struct
    {
        unsigned int red;
        unsigned int green;
        unsigned int yellow;
    } TrafficLight;

    TrafficLight trafficlight;

    printf("The size of TrafficLight %d\n", sizeof(trafficlight));

    typedef struct
    {
        unsigned int red : 1;
        unsigned int green : 1;
        unsigned int yellow : 1;
    } TrafficLight1;

    TrafficLight1 trafficlight1;

    printf("The size of TrafficLight1 %d\n", sizeof(trafficlight1));

    return 0;
}

编译运行

直接输入make就可以了。

#beginner/struct/Makefile

struct6: struct6.c
	gcc -o struct6 struct6.c

运行输出如下：

$ ./struct6
The size of TrafficLight 12
The size of TrafficLight1 4

扩展

既然位域指定了长度位，所以就涉及到万一赋值超过了会发生什么情况，可以通过给红绿灯赋一个大值看看。

比如复制一个2，那么会得到如下警告：

warning: implicit truncation from 'int' to bit-field changes value from 2 to 0 [-Wbitfield-constant-conversion]

编译有警告，不过还是生成了可执行文件，运行下看看结果吧。