导语：C语言中的位段详解

我们前面介绍过位运算，我们就可以对位进行所有类型的很高级的运算，很高级哦！我们不在局限于对数据类型整体操作，这样很麻烦，有时很有局限性，而且还有可能很浪费内存，比如你想要一个标志位，就比如布尔真假条件的标志，其实我们只需要一个位就可以表示了，1或0，如果呢，我们声明一个char类型来用作标志位变量，我们知道大多数计算机上char占用一个字节(8位)，这就造成了内存浪费，当然了，几个看不出来，要是在一个大型程序中有若干标志位，那么浪费的内存就不少了。在C语言中如果不需要整个字节或字来表示数据，可以有两种方式实现，一种是，在int中通过我们前面介绍过的位运算来访问修改其中的位，第二就是今天将要介绍的位段，下面我们就从两种方式讲起，看看位段相比第一种到处理这种问题时优势在哪里。

一、运用位运算：

比如我们在某一大型程序中，希望将四个数据值打包到一个字中，这四个值分别为两个标志为记为f1、f2，一个数值为0到255即占用一个字节(8位)记为n，还有一个数值为0到100000，即占用18位记为nl，下面简单看一下其中的布局，不管大端还是小端：

首先是两个标志位各占用一个位，接着是0到255的数据值，占用了8位，18位是存放较大的数值。这四个数据总共占用内存为28个字节，因此可以使用一个整型变量来存放这4个数值，整型变量一般为32位，因此会有4个位空下来，由此，我们可以知道，前四个位为空不用，接下来为两个标志位各占一个位，紧随其后是8个位，用于存放0到255数值，剩下来就存放较大数值。

上面我们用usigned int wd来存储上面的四个数据，可以通过位运算来操作上面的数据。比如我们需要将一个较小的数值n设置为98，我们可以这样，首先把无符号整数98左移18位，为大数值让出空间，然后再或上wd，就可以了，因此有：

wd |= 98＜＜18

就可设置完成，对于任何一个数a，我们可以这样设置，为了确保任意数值a的范围在0到255之间，我们可以使用a&0xff，这样就避免数值过大，会改变前面的标志位等其他数值，保险一点我们有：

wd |= (a&0xff)＜＜18

但是这里有一个问题，n每个位必须为0，如果不为0就会出现错误，因此我们还需要进行将n清零操作，因此我们有：

wd &= ~(0xff＜＜18)

就可以使n清零，然后再结合上面的分析得到：

wd = (wd & ~(0xff＜＜18)) | ((a&0xff)＜＜18)

可以看出就这么一个简单的操作就这么繁琐，看来用这种方式有点不太好，下面呢！我们就介绍一种比较简单的方法，C语言提供位段的构造，用于定义一种打包信息的构造，下面就具体介绍一下。

二、位段：

说到打包，那么自然而然就会想到结构体，因此位段是定义在一个结构体当中，并加上特殊语法组合而成，允许为其加上位段名称，成员的一般形式为：

类型 名称 ：段位所占二进制位数

类型只能是int、unsigned int、signed int三种类型，不可以是其他类型，如什么char、float等，是不可以的。

名称可选，可要可不要，视情况而定。

冒号后面的二进制位数表示该数值占用多少位，比如上面的标志位占1位，那么数值就为1，n占八位数值就是8。

我们上面举的类子可以使用位段表示如下：

struct wd{unsigned int :4;unsigned int f1:1;unsigned int f2:1;unsigned int n:8;unsigned int nl:18;};

上面结构体中有5个成员，第一个成员没有名称没法引用，占用了4个位，后面两个标志位长度都被指定为占用1个位，紧接着n被指定为占用8个位，nl被指定为18个位。

这样就有好处了，可以通过正常结构体引用成员的便捷方法来访问字段，那么上面要想修改或访问上面的n数值就不用那么繁琐了，如我们可以把98直接赋给成员n。

struct wd w1;w1.n=98;

怎样变得很简单吧，根本就不需要用位运算那样复杂，更不用担心被赋值的数值过大，因为再大得数也只有第8位赋给w1.n。

当然要是提取其中的数值也很简单，如

a=w1.n;

要是位段在普通表达式中使用，那么会自动转换为相应的整数，很方便。你也可以通过标志位进行判断语句中，如if(w1.f1)是完全可行的。

使用位段需要注意以下几点:

1、我们不能保证位段内部是自左向右还是自右向左分配，如果我们处理相同程序或相同机器的话，这不会成为问题，但是如果确实要进行这种处理，我们就需要知道字段是如何分配的，然后再进行适当声明。

2、位段类型只能是int、unsigned int、signed int三种类型。

3、无名的位段不能访问，但是它会占用指定的内存空间，成员中占用0位的位段，只能是无名位段，0长的无名位段有一个作用，就是将结构体中的下一个字段强制对齐到单元边界的其实位置。

4、位段占用的二进制位不能大于基本整数类型所能表示的最大位数。

5、位段不能具有纬度，也就是说不能使用位段数组。

6、不能获取位段的地址，也就是说不会有指向位段的指针。

7、对位段进行赋值时，最好不要超过位段所能表示的最大值。

8、C编译器不会为了优化内存空间而去调整位段定义。

9、如果一个位段存储单元能够存放下所有成员，那么所有成员只能存放在一个位段存储单元中。如果一个位段存储单元不能存放下所有成员，那么剩余的位段将从下一个位段存储单元开始存放。

10、如果一个位段结构体中只有一个无名0位的成员，那么只占用0或1字节的空间，其他情况下至少占用一个位段存储单元的大小。

当然了，位段的结构体中也可以包含其他普通数据类型。

解释至此，我想大家应该能掌握差不多了吧。

下面对上面的四个问题做一个提示:

问题1:

对于可变长结构体，第二个元素其实不算在结构体当中，只不过可以通过结构体变量引用而已。

问题2:

考察static关键字已经extern的知识，自己可以去找资料。

问题3:

要知道strlen是以空字符'\0'以结束标志，以及数据在内存中的组织方式，用纸画一画，写一写。

问题4:

要了解指针，&num是什么意思，然后加上1，其实是跳过了怎个数组。

今天暂时只介绍到这里。

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