C语言中的位域是什么？

位域是什么？

有些数据在存储时并不需要占用一个完整的字节，只需要占用一个或几个二进制位即可。例如开关只有通电和断电两种状态，用 0 和 1 表示足以，也就是用一个二进位。正是基于这种考虑，C语言又提供了一种叫做位域的数据结构。 在结构体定义时，我们可以指定某个成员变量所占用的二进制位数（Bit），这就是位域。请看下面的例子：

1structbs{ 2unsignedm; 3unsignedn:4; 4unsignedcharch:6; 5}; :后面的数字用来限定成员变量占用的位数。成员 m 没有限制，根据数据类型即可推算出它占用 4 个字节（Byte）的内存。成员 n、ch 被:后面的数字限制，不能再根据数据类型计算长度，它们分别占用 4、6 位（Bit）的内存。 n、ch 的取值范围非常有限，数据稍微大些就会发生溢出，请看下面的例子：1#include 2intmain(){ 3structbs{ 4unsignedm; 5unsignedn:4; 6unsignedcharch:6; 7}a={0xad,0xE,'$'}; 8//第一次输出 9printf("%#x,%#x,%c ",a.m,a.n,a.ch); 10//更改值后再次输出 11a.m=0xb8901c; 12a.n=0x2d; 13a.ch='z'; 14printf("%#x,%#x,%c ",a.m,a.n,a.ch); 15system("pause"); 16return0; 17} 运行结果：

对于 n 和 ch，第一次输出的数据是完整的，第二次输出的数据是残缺的。 第一次输出时，n、ch 的值分别是 0xE、0x24（'$' 对应的 ASCII 码为 0x24），换算成二进制是1110、10 0100，都没有超出限定的位数，能够正常输出。 第二次输出时，n、ch 的值变为 0x2d、0x7a（'z' 对应的 ASCII 码为 0x7a），换算成二进制分别是10 1101、111 1010，都超出了限定的位数。超出部分被直接截去，剩下1101、11 1010，换算成十六进制为 0xd、0x3a（0x3a 对应的字符是 :）。

C语言标准规定，位域的宽度不能超过它所依附的数据类型的长度。通俗地讲，成员变量都是有类型的，这个类型限制了成员变量的最大长度，:后面的数字不能超过这个长度。

例如上面的 bs，n 的类型是 unsigned int，长度为 4 个字节，共计 32 位，那么 n 后面的数字就不能超过 32；ch 的类型是 unsigned char，长度为 1 个字节，共计 8 位，那么 ch 后面的数字就不能超过 8。 我们可以这样认为，位域威廉希尔官方网站 就是在成员变量所占用的内存中选出一部分位宽来存储数据。

C语言标准还规定，只有有限的几种数据类型可以用于位域。在 ANSI C 中，这几种数据类型是 int、signed int 和 unsigned int（int 默认就是 signed int）；到了 C99，_Bool 也被支持了。

但编译器在具体实现时都进行了扩展，额外支持了 char、signed char、unsigned char 以及 enum 类型，所以上面的代码虽然不符合C语言标准，但它依然能够被编译器支持。

位域的存储

C语言标准并没有规定位域的具体存储方式，不同的编译器有不同的实现，但它们都尽量压缩存储空间。位域的具体存储规则如下：

当相邻成员的类型相同时，如果它们的位宽之和小于类型的 sizeof 大小，那么后面的成员紧邻前一个成员存储，直到不能容纳为止；如果它们的位宽之和大于类型的 sizeof 大小，那么后面的成员将从新的存储单元开始，其偏移量为类型大小的整数倍。

以下面的位域 bs 为例：

1#include 2intmain(){ 3structbs{ 4unsignedm:6; 5unsignedn:12; 6unsignedp:4; 7}; 8printf("%d ",sizeof(structbs)); 9return0; 10} 运行结果：

m、n、p 的类型都是 unsigned int，sizeof 的结果为 4 个字节（Byte），也即 32 个位（Bit）。m、n、p 的位宽之和为6+12+4 = 22，小于 32，所以它们会挨着存储，中间没有缝隙。 sizeof(struct bs)的大小之所以为 4，而不是 3，是因为要将内存对齐到 4 个字节，以便提高存取效率。 如果将成员 m 的位宽改为 22，那么输出结果将会是 8，因为22+12 = 34，大于 32，n 会从新的位置开始存储，相对 m 的偏移量是sizeof(unsigned int)，也即 4 个字节。 如果再将成员 p 的位宽也改为 22，那么输出结果将会是 12，三个成员都不会挨着存储。

当相邻成员的类型不同时，不同的编译器有不同的实现方案，GCC 会压缩存储，而 VC/VS 不会。

请看下面的位域 bs：

1#include 2intmain(){ 3structbs{ 4unsignedm:12; 5unsignedcharch:4; 6unsignedp:4; 7}; 8printf("%d ",sizeof(structbs)); 9return0; 10} 在 GCC 下的运行结果为 4，三个成员挨着存储；在 VC/VS 下的运行结果为 12，三个成员按照各自的类型存储（与不指定位宽时的存储方式相同）。 m 、ch、p 的长度分别是 4、1、4 个字节，共计占用 9 个字节内存，为什么在 VC/VS 下的输出结果却是 12 呢？期待您的回复。

如果成员之间穿插着非位域成员，那么不会进行压缩。例如对于下面的 bs：

1structbs{ 2unsignedm:12; 3unsignedch; 4unsignedp:4; 5}; 在各个编译器下 sizeof 的结果都是 12。 通过上面的分析，我们发现位域成员往往不占用完整的字节，有时候也不处于字节的开头位置，因此使用&获取位域成员的地址是没有意义的，C语言也禁止这样做。地址是字节（Byte）的编号，而不是位（Bit）的编号。

无名位域

位域成员可以没有名称，只给出数据类型和位宽，如下所示：

1structbs{ 2intm:12; 3int:20;//该位域成员不能使用 4intn:4; 5}; 无名位域一般用来作填充或者调整成员位置。因为没有名称，无名位域不能使用。 上面的例子中，如果没有位宽为 20 的无名成员，m、n 将会挨着存储，sizeof(struct bs)的结果为 4；有了这 20 位作为填充，m、n 将分开存储，sizeof(struct bs)的结果为 8。

原文标题：C语言位域（位段）详解

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责任编辑：haq