位段 -- 内存布局详解C语言
位段
位段的介绍
位段（二进制位）：就是按位存储
位段（bit-field）是C语言中的一种特殊数据类型，它允许将一个字节分成几个部分，并为每个部分指定特定的位数，以便在内存中存储和访问这些部分。
其中位段相较于结构体有两特殊点
- 位段的成员必须是 int unsigned int或 signed int char（整型家族） ，在C99中位段的成员也可以是其他类型
- 位段的成员名后跟一个冒号和数字
位段使用示例:
struct S
{
int a : 2; //限定2个比特位
int b : 5; //限定5个比特位
int c : 10; //限定10个比特位
int d : 30; //限定30个比特位
};
位段的内存分配
1.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。（...如，int一次开辟4字节32比特位来使用，不够再开辟）
2.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。（网络编程涉及，网络传输数据包，）
（原因：没有C语言标准，各编译器有所不同。）
位段不能大于32（32位机器），16位则不能大于16位
不给定位段的默认为字节数
Example
struct S
{
char a : 3;
char b : 4;
char c : 5;
char d : 4;
};
int main()
{
struct S s = { 0 };
s.a = 10;// 1010 | 010
s.b = 20;//10100 | 0100
s.c = 3; // 011 |00011
s.d = 4; // 100 | 0100
return 0;
}
内存分配解析:
1. VS编译器为从左往右一次申请空间,一次1个字节/8个比特位
-----> 申请空间方向 ---->
0000 0000
2. 然后开始存放a的数据10(D) = 1010(B),a限制为3个比特,多出的比特会被丢弃,即最后保留数据为010(B),
--- vs中,每个字节内数据从右往左写入;
(地址) 0000 0|010
3. 放好a后,开始放b = 20(D) = 10100(B),b限制为4字节,切割b,得到b = 0100(B)
第一空间放完a后,还剩5个比特,组以容纳b,因此在从四个字节开始(从右往左数),写入b
(地址) 0010 0010(b) = 22(h);
(划分) 0 | 0 1 0 0 | 0 1 0
b a
4. 接下来放c,c占5个比特位,显然第一个字节不够放了,因此要开辟第二个字节,然后切割c(不超过因此不用切),得到c = 011(b) ;
(地址) 0010 0010 0000 0011
(划分) 0 | 0 1 0 0 | 0 1 0 0 0 0 | 0 0 0 1 1
舍 b a c
5.接下来放d,d占4个字节,显然第2个字节不够放了,因此申请第三个字节,然后切割b,得到100(b);
(地址) 0010 0010 0000 0011 0000 0100
(划分) 0 | 0 1 0 0 | 0 1 0 0 0 0 | 0 0 0 1 1 0 0 0 0 | 0 1 0 0
舍 b a 舍 c d
6.最后转换十六进制,得到
22 03 04 (十六进制）
即内存显示：22 03 04
7.还可能会有内存对齐,32位为 22 03 04 00 ....
位段的跨平台问题
- int位段被当成有符号数还是无符号数没有规定（最高位1当成什么不确定）
- 位段中最大位的数目不能确定（16位机器最大为16，32位机器最大32。写成27，在16位机器会出问题
- 位段中的成员在内存中从左向右分配，还是从右向左分配没有规定(00001111还是11110000)
- 当一个结构体包含两个位段，第二个位段成员比较大，无法容纳第一个位段剩余的位时，不确定是舍弃剩余位还是利用。（按类型字节开辟的位不够放时，VS中是舍弃）
跟结构体相比，位段可以达到同样的效果，但是可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。