【结构体内功修炼】结构体实现位段（二）

作者：Albert Edison

2022 年 10 月 06 日
四川
本文字数：1908 字
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🌟 前言

上一篇文章讲解了结构体内存对齐，这篇文章讲讲结构体实现位段的能力

1. 什么是位段

位段的声明和结构是类似的，有两个不同：

1、位段的成员必须是 int、unsigned int 或 signed int。

2、位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。

📝 位段示例

struct A{  int _a : 2;  int _b : 5;  int _c : 10;  int _d : 30;};

复制代码

A 就是一个位段类型。

那位段 A 的大小是多少？

我们用 sizeof 看一下👇

为什么是 8 呢？

其实位段的位是指 二进制位；

int _a : 2 的意思是：_a 只占 2 个 bit 位；

int _b : 5 的意思是：_b 只占 5 个 bit 位；

int _c : 10 的意思是：_c 只占 10 个 bit 位；

int _d : 30 的意思是：_d 只占 30 个 bit 位；

那把所有的 bite 位加起来也就 47 个 bite 位，给 6（48 bit） 个字节完全够了呀！

为什么打印出来的是 8 个字节？也就是 64 个 bit 呢？

2. 位段的内存分配

1、位段的成员可以是 int unsigned int 、signed int 或者是 char （属于整形家族）类型

2、位段的空间上是按照需要以 4 个字节（ int ）或者 1 个字节（ char ）的方式来开辟的。

3、位段涉及很多不确定因素，位段是不跨平台的，注重可移植的程序应该避免使用位段。

还是看刚刚这段代码

struct A{  int _a : 2;  int _b : 5;  int _c : 10;  int _d : 30;};

复制代码

首先，_a 是整型，不管三七二十一，先开辟 4 个字节也就是 32 bit 给它，但是 _a 只需要 2 个 bit 呀，所以拿走 2 bit 以后，还剩 30 bit；

然后 _b 需要 5 bit，所以拿走 5 bit 以后，还剩下 25 bit；

其次 _c 需要 10 bit，所以拿走 10 bit 以后，还剩下 15 bit；

最后 _d 需要 30 bit，但是此时还剩下 15 bit 呀，完全不够，那怎么办呢？此时再单独开辟 4 个字节也就是 32 bit 给 _d 用（上面剩下的 15 bit 就不会再使用了）；

所以 sizeof 求大小的时候，也就是 8 字节。

上面解释了整型的位段开辟，那如果当结构体的成员是 char 类型呢？

📝 代码示例

struct S{  char a : 3;  char b : 4;  char c : 5;  char d : 4;};

复制代码

首先，a 是 char 类型，不管三七二十一，先开辟 1 个字节也就是 8 bit 给它，但是 a 只需要 3 个 bit 呀，所以拿走 3 bit 以后，还剩 5 bit；

然后 b 需要 4 bit，所以从 5 bit 里面拿走 4 bit 以后，还剩下 1 bit；

其次 c 需要 5 bit，但是此时还剩下 1 bit 呀，完全不够，此时再单独开辟 1 个字节也就是 8 bit 给 c 用，所以拿走 5 bit 以后，还剩 3 bit；

最后 d 需要 4 bit，但是此时还剩下 3 bit 呀，完全不够，那么再单独开辟 1 个字节也就是 8 bit 给 d 用（上面剩下的 3 bit 就不会再使用了）；

所以 sizeof 求大小的时候，也就是 3 字节。

我们用 sizeof 看一下👇

既然学会了位段，那我们再来分析一下下面这段代码👇

struct S{  char a : 3;  char b : 4;  char c : 5;  char d : 4;};
int main(){  struct S s = { 0 };  s.a = 10;  s.b = 12;  s.c = 3;  s.d = 4;
  return 0;}

复制代码

上面我们已经计算过了，这个结构体开辟了 3 个字节，然后在主函数里面把这个 s 初始化为 0，这样就意味着，这 3 个字节里面，每一个 bit 位都为 0；

首要为 a 开辟 1 个字节，a 只占其中的 3 bit，假设 a 在 8 bit 中，是从低位向高位使用的，也就是从右向左的方向，现在把 10 赋值给 a，10 的二进制是 1010，但是 a 的空间大小是 3 bit，所以只能存 3 bit，也就是存 010，最高位的 1 省去