C 语言的位域（bit-field）是一种特殊的结构体成员，允许我们按位对成员进行定义，指定其占用的位数。
如果程序的结构中包含多个开关的变量，即变量值为 TRUE/FALSE，如下：
struct{ unsigned int widthValidated; unsigned int heightValidated;} status;
复制代码
这种结构需要 8 字节的内存空间，但在实际上，在每个变量中，我们只存储 0 或 1，在这种情况下，C 语言提供了一种更好的利用内存空间的方式。如果您在结构内使用这样的变量，您可以定义变量的宽度来告诉编译器，您将只使用这些字节。例如，上面的结构可以重写成：
struct{ unsigned int widthValidated : 1; unsigned int heightValidated : 1;} status;
复制代码
现在，上面的结构中，status 变量将占用 4 个字节的内存空间，但是只有 2 位被用来存储值。如果您用了 32 个变量，每一个变量宽度为 1 位，那么 status 结构将使用 4 个字节，但只要您再多用一个变量，如果使用了 33 个变量，那么它将分配内存的下一段来存储第 33 个变量，这个时候就开始使用 8 个字节。让我们看看下面的实例来理解这个概念：
#include <stdio.h>#include <string.h> /* 定义简单的结构 */struct{ unsigned int widthValidated; unsigned int heightValidated;} status1; /* 定义位域结构 */struct{ unsigned int widthValidated : 1; unsigned int heightValidated : 1;} status2; int main( ){ printf( "Memory size occupied by status1 : %d\n", sizeof(status1)); printf( "Memory size occupied by status2 : %d\n", sizeof(status2)); return 0;}
复制代码
当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
Memory size occupied by status1 : 8Memory size occupied by status2 : 4
复制代码
位域的特点和使用方法如下：
定义位域时，可以指定成员的位域宽度，即成员所占用的位数。
位域的宽度不能超过其数据类型的大小，因为位域必须适应所使用的整数类型。
位域的数据类型可以是 int、unsigned int、signed int 等整数类型，也可以是枚举类型。
位域可以单独使用，也可以与其他成员一起组成结构体。
位域的访问是通过点运算符（.）来实现的，与普通的结构体成员访问方式相同。
位域声明
有些信息在存储时，并不需要占用一个完整的字节，而只需占几个或一个二进制位。例如在存放一个开关量时，只有 0 和 1 两种状态，用 1 位二进位即可。为了节省存储空间，并使处理简便，C 语言又提供了一种数据结构，称为"位域"或"位段"。
所谓"位域"是把一个字节中的二进位划分为几个不同的区域，并说明每个区域的位数。每个域有一个域名，允许在程序中按域名进行操作。这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示。
典型的实例：
位域的定义和位域变量的说明
位域定义与结构定义相仿，其形式为：
其中位域列表的形式为：
type [member_name] : width ;
复制代码
下面是有关位域中变量元素的描述：
带有预定义宽度的变量被称为位域。位域可以存储多于 1 位的数，例如，需要一个变量来存储从 0 到 7 的值，您可以定义一个宽度为 3 位的位域，如下：
struct{ unsigned int age : 3;} Age;
复制代码
上面的结构定义指示 C 编译器，age 变量将只使用 3 位来存储这个值，如果您试图使用超过 3 位，则无法完成。
struct bs{ int a:8; int b:2; int c:6;}data;
复制代码
以上代码定义了一个名为 struct bs 的结构体，data 为 bs 的结构体变量，共占四个字节：
对于位域来说，它们的宽度不能超过其数据类型的大小，在这种情况下，int 类型的大小通常是 4 个字节（32 位）。
相邻位域字段的类型相同，且其位宽之和小于类型的 sizeo f 大小，则后面的字段将紧邻前一个字段存储，直到不能容纳为止。
让我们再来看一个实例：
struct packed_struct { unsigned int f1:1; unsigned int f2:1; unsigned int f3:1; unsigned int f4:1; unsigned int type:4; unsigned int my_int:9;} pack;
复制代码
以上代码定义了一个名为 packed_struct 的结构体，其中包含了六个成员变量，pack 为 packed_struct 的结构体变量。
在这里，packed_struct 包含了 6 个成员：四个 1 位的标识符 f1..f4、一个 4 位的 type 和一个 9 位的 my_int。
让我们来看下面的实例：
#include <stdio.h>
struct packed_struct { unsigned int f1 : 1; // 1位的位域 unsigned int f2 : 1; // 1位的位域 unsigned int f3 : 1; // 1位的位域 unsigned int f4 : 1; // 1位的位域 unsigned int type : 4; // 4位的位域 unsigned int my_int : 9; // 9位的位域};
int main() { struct packed_struct pack;
pack.f1 = 1; pack.f2 = 0; pack.f3 = 1; pack.f4 = 0; pack.type = 7; pack.my_int = 255;
printf("f1: %u\n", pack.f1); printf("f2: %u\n", pack.f2); printf("f3: %u\n", pack.f3); printf("f4: %u\n", pack.f4); printf("type: %u\n", pack.type); printf("my_int: %u\n", pack.my_int);
return 0;}
复制代码
以上实例定义了一个名为 packed_struct 的结构体，其中包含了多个位域成员。
在 main 函数中，创建了一个 packed_struct 类型的结构体变量 pack，并分别给每个位域成员赋值。
然后使用 printf 语句打印出每个位域成员的值。
输出结果为：
f1: 1f2: 0f3: 1f4: 0type: 7my_int: 255
复制代码
#include <stdio.h>#include <string.h> struct{ unsigned int age : 3;} Age; int main( ){ Age.age = 4; printf( "Sizeof( Age ) : %d\n", sizeof(Age) ); printf( "Age.age : %d\n", Age.age ); Age.age = 7; printf( "Age.age : %d\n", Age.age ); Age.age = 8; // 二进制表示为 1000 有四位，超出 printf( "Age.age : %d\n", Age.age ); return 0;}
复制代码
当上面的代码被编译时，它会带有警告，当上面的代码被执行时，它会产生下列结果：
Sizeof( Age ) : 4Age.age : 4Age.age : 7Age.age : 0
复制代码
计算字节数：
#include <stdio.h>
struct example1 { int a : 4; int b : 5; int c : 7;};
int main() { struct example1 ex1;
printf("Size of example1: %lu bytes\n", sizeof(ex1));
return 0;}
复制代码
以上实例中，example1 结构体包含三个位域成员 a，b 和 c，它们分别占用 4 位、5 位和 7 位。
通过 sizeof 运算符计算出 example1 结构体的字节数，并输出结果：
Size of example1: 4 bytes
复制代码
位域的使用
位域的使用和结构成员的使用相同，其一般形式为：
位域允许用各种格式输出。
请看下面的实例：
#include <stdio.h> int main(){ struct bs{ unsigned a:1; unsigned b:3; unsigned c:4; } bit,*pbit; bit.a=1; /* 给位域赋值（应注意赋值不能超过该位域的允许范围） */ bit.b=7; /* 给位域赋值（应注意赋值不能超过该位域的允许范围） */ bit.c=15; /* 给位域赋值（应注意赋值不能超过该位域的允许范围） */ printf("%d,%d,%d\n",bit.a,bit.b,bit.c); /* 以整型量格式输出三个域的内容 */ pbit=&bit; /* 把位域变量 bit 的地址送给指针变量 pbit */ pbit->a=0; /* 用指针方式给位域 a 重新赋值，赋为 0 */ pbit->b&=3; /* 使用了复合的位运算符 "&="，相当于：pbit->b=pbit->b&3，位域 b 中原有值为 7，与 3 作按位与运算的结果为 3（111&011=011，十进制值为 3） */ pbit->c|=1; /* 使用了复合位运算符"|="，相当于：pbit->c=pbit->c|1，其结果为 15 */ printf("%d,%d,%d\n",pbit->a,pbit->b,pbit->c); /* 用指针方式输出了这三个域的值 */}
复制代码
上例程序中定义了位域结构 bs，三个位域为 a、b、c。说明了 bs 类型的变量 bit 和指向 bs 类型的指针变量 pbit。这表示位域也是可以使用指针的。
结构体内存分配原则
原则一：结构体中元素按照定义顺序存放到内存中，但并不是紧密排列。从结构体存储的首地址开始 ，每一个元素存入内存中时，它都会认为内存是以自己的宽度来划分空间的，因此元素存放的位置一定会在自己大小的整数倍上开始。
原则二： 在原则一的基础上，检查计算出的存储单元是否为所有元素中最宽的元素长度的整数倍。若是，则结束；否则，将其补齐为它的整数倍。
测试实例：
#include <stdio.h>
typedef struct t1{ char x; int y; double z;}T1;
typedef struct t2{ char x; double z; int y;}T2;
int main(int argc, char* argv[]){ printf("sizeof(T1) = %lu\n", sizeof(T1)); printf("sizeof(T2) = %lu\n", sizeof(T2));
return 0;}
复制代码
输出：
sizeof(T1) = 16sizeof(T2) = 24
复制代码
解析
sizeof(T1.x) = sizeof(T2.x) = 1; sizeof(T1.y) = sizeof(T2.y) = 4; sizeof(T1.z) = sizeof(T2.z) = 8;
复制代码
T1: 若从第 0 个字节开始分配内存，则 T1.x 存入第 0 字节，T1.y 占 4 个字节，由于第一的 4 字节已有数据，所以 T1.y 存入第 4-7 个字节，T1.z 占 8 个字节，由于第一个 8 字节已有数据，所以 T1.z 存入 8-15 个字节。共占有 16 个字节。
T2: 若从第 0 个字节开始分配内存，则 T1.x 存入第 0 字节，T1.z 占 8 个字节，由于第一的 8 字节已有数据，所以 T1.z 存入第 8-15 个字节，T1.y 占 4 个字节，由于前四个 4 字节已有数据，所以 T1.z 存入 16-19 个字节。共占有 20 个字节。此时所占字节不是最宽元素（double 长度为 8）的整数倍，因此将其补齐到 8 的整数倍，最终结果为 24。
评论