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走进结构体存储--位域

分类: 【C语言学习】  |  标签: 位域,嵌入式  |  作者: sjin_1314 相关  |  发布日期 : 2013-09-05  |  热度 : 103°

1、位域简介

       在嵌入式编程中,经常会遇到下面的结构:
struct  _data
{
  char   a:6;
  char   b:2;
  char   c:7;
}data;

      在存储信息的时候,我们可能并不需要占用一个完整的字节,而只需占一个或几个二进制位,如要存储一个八进制数据,只需要3 个二进制位就够了。为了节省存储空间,C 语言提供了位域这种数据结构。所谓位域,就是把存储空间中的二进制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。

2、位域的定义及变量的说明

      定义位域的一般形式如下:

struct   位域结构名{
  类型说明符  位域名a:位域长度;
  ……
  类型说明符  位域名b:位域长度;
};

     位域变量的说明:

     以开头提到结构体来说明:data 为struct _data 类型变量。占有2个字节,其中a:占6位,b占2位,c占7位;

3、位域定义的几点说明

      1)  一个位域必须存储在同一个字节中,不能跨两个字节。如一个字节所剩空间不够存放另一位域时,应从下一单元起存放该位域。也                可以有意使某位域从下一单元开始。

     2)  位域的长度不能大于指定类型固有长度,比如说int的位域长度不能超过32,bool的位域长度不能超过8。

     3) 位域可以无位域名,这时它只用来作填充或调整位置。无名的位域是不能使用的。例如:

          
struct data_ {
       int a:1
       int :2 /*该2位不能使用*/
       int b:3
       int c:2
}data; 

4、位域使用及存储空间说明

      1)位域的使用:

        
struct   位域结构名{
  类型说明符  位域名:位域长度;
  ……
  类型说明符  位域名:位域长度;
} 位域变量名1,位域变量名2……;

/*其中,位域结构名可以省略掉,直接定义位域变量,如:*/
struct   {
  类型说明符  位域名:位域长度;
  ……
  类型说明符  位域名:位域长度;
} 位域变量名1,位域变量名2……;

/*还可以先定义位域类型,再定义位域变量名,如:*/
struct   位域结构名{
  类型说明符  位域名:位域长度;
  ……
  类型说明符  位域名:位域长度;
};
struct   位域结构名  位域变量名1,位域变量名2……;

      2) 位域存储空间说明

    示例1:
#include <stdio.h>
    struct data_ {
        char a  : 5;
        char b  : 3;
        char c  : 7;
    }data; 

int main()
{

    printf("data 的起始地址是:%p\n",&data);
    printf("data 的占有的字节数:%d\n",sizeof(struct data_));
}
james@jsh:~$ ./a.out 
data 的起始地址是:0x804a01c
data 的占有的字节数:2

示例2:
#include <stdio.h>
    struct data_ {
        char a  : 5;
        char b  : 6;
        char c  : 7;
    }data; 

int main()
{

    printf("data 的起始地址是:%p\n",&data);
    printf("data 的占有的字节数:%d\n",sizeof(struct data_));
}
james@jsh:~$ ./a.out 
data 的起始地址是:0x804a01c
data 的占有的字节数:3

    通过上面的2个例子,我们可以充分说了,上节中的第一条:

一个位域必须存储在同一个字节中,不能跨两个字节。

示例 3:
#include <stdio.h>
    struct data_ {
        char a  : 6;
        int b  : 22;
        char c  : 7;
    }data; 

int main()
{

    printf("data 的起始地址是:%p\n",&data);
    printf("data 的占有的字节数:%d\n",sizeof(struct data_));
}
james@jsh:~$ ./a.out 
data 的起始地址是:0x804a01c
data 的占有的字节数:8
示例4:
#include <stdio.h>
    struct data_ {
        char a  : 6;
        int b  : 30;
        char c  : 7;
    }data; 

int main()
{

    printf("data 的起始地址是:%p\n",&data);
    printf("data 的占有的字节数:%d\n",sizeof(struct data_));
}
james@jsh:~$ ./a.out 
data 的起始地址是:0x804a01c
data 的占有的字节数:12

示例5:
#include <stdio.h>
    struct data_ {
        char a  : 6;
        int b  : 12;
        char c  : 7;
    }data; 

int main()
{

    printf("data 的起始地址是:%p\n",&data);
    printf("data 的占有的字节数:%d\n",sizeof(struct data_));
}
james@jsh:~$ ./a.out 
data 的起始地址是:0x804a01c
data 的占有的字节数:4

上述测试:必须对内存对齐方式有一定的了解,简单说明下吧!内存对齐应遵循下来3个规则: 

1、按字节对齐 2、按字对齐 3、按半字对齐 (一个字是4个字节,半字2个字节)

 位域的存储首先应该遵循内存的对齐放弃,再遵循上述3节第一条部分。

再补充点就是:结构体成员排列最好的方式,按类型占有字节的大小,按大到小排列!

 
#include <stdio.h>   
#pragma pack (2) 
struct  _data
{
  int      a:16;
  unsigned  char   b:5;
  char      c:5;
}data;
void main()  
{ 
  int *p=(int *)&data;
  printf(" 位域结构的起始地址为:%d\n\n",p);
  data.a=2;
  printf(" 整型指针p 所指向的单元存储的值为:%d\n",*p);
  printf(" 位域a 的值为:%d\n",data.a);
 
  char *p1=(char*)(p+1);
  data.b=18;
  printf("\n字符指针p1所指向的单元存储的值为:%d\n",*p1);
  printf(" 位域b 的值为:%d\n",data.b);
  data.c=255;
  char *p2;
  p2 = p1+1;
  printf("\n字符指针p2所指向的单元存储的值为:%d\n",*p2);
  printf(" 位域c 的值为:%d\n",data.c);
  return ;
}  
运行结果:
位域结构的起始地址为:4233624
整型指针p 所指向的单元存储的值为:2
位域a 的值为:2
字符指针p1所指向的单元存储的值为:18
位域b 的值为:18
字符指针p2所指向的单元存储的值为:31
位域c 的值为:-1。


 

& d a t a 为d a t a 位域结构的起始地址,将其强制转换为i n t 型指针,并赋值给p ,所以p 的
值就是d a t a 位域的起始地址,即4 2 3 3 6 2 4 ,p 指针指向的就是以4 2 3 3 6 2 4 为起始地址的连续
4 个字节的内存单元;接下来执行“c h a r   * p 1 = ( c h a r * ) ( p + 1 ) ; ”使p 1 的值为4 2 3 3 6 2 8 ,p 1 就指
向地址为4 2 3 3 6 2 8 的内存单元;执行“p 2   =   p 1 + 1 ; ”使p 2 的值为4 2 3 3 6 2 9 ,c h a r 型指针指向
地址为4 2 3 3 6 2 9 的内存单元。我们发现,* p 的值和位域a 的值相同。由此可以看出,V C + +  
6 . 0 在编译的时候,对于那些没有使用的位域段,编译器对其进行填充0 的处理。看看位域c
的运行结果,我们发现输出与输入不相符,这是因为在编译的过程中对c h a r 型位域默认执行
有符号处理,所以输出值为- 1 ,而对位域b 指定了无符号的处理方式,所以输出与输入完
全一致。