C语言位段(位域)机制结构体的特殊实现及解析

目录
  • 概念
  • 内存分配
  • 位段跨平台问题
  • 作用
  • Tip
  • 应用场景

概念

什么是位段？

位段又称为位域，C语言允许在一个结构体中以位为单位来指定其成员所占内存长度，这种以位为单位的成员就叫做称为位段( bit field) 。利用位段能够用较少的位数存储数据达到节省空间的目的。

位段是结构体特有的，所以声明是和结构是类似的，但有两个不同：

1. 位段成员必须是 int ，unsigned int，signed int

2. 位段成员名后边结构包括一个冒号和整型数字

举个栗子：

struct haha
{
    unsigned int ch   : 8;    //8位
    unsigned int chh : 6;    //6位
    unsigned int chhh : 18;   //18位
};
struct haha dest;

内存分配

这里的 haha 就是一个位段的类型，这个神神秘秘的位段咱不常见，那么他的大小怎么算的呢？其实和结构体是一样的：

struct arr
{
int a:2;
int b:5;
int c:10;
int d:30;
};
int main()
{
printf("%d\n",sizeof(struct arr));
return 0;
}

这里 a：2什么意思呢？

成员 a 只占 2 个比特位，后面同理，既然这样，那我们总计 47 比特位，也就是 6 个字节 48 个比特位已经足够了，那为什么又是 8 呢？位段的内存分配到底是怎样的？

这里千万不要犯低级错误误认为他的大小就是 47 个比特位，和前一篇博客叙述原理相同，因为都是 int 类型，所有成员会向 int 看齐，int 是四字节，默认 8 字节，对齐数取 4 字节，a+b < 1字节，合并申请 1 字节空间，后面都需要独立申请空间，总计 1+2+4 = 7字节，结构体大小必须是最大对齐数整数倍，取 4 的整数倍就是 8，因此为 8 字节。

位段跨平台问题

我们细想刚刚这种机制，a，b，c，d 分别为 2,5,10,30 比特位，而我一个字节是 8 个比特位，假若在给 a 分配了 1 字节后，还剩 6 比特位，这 6 个位子我要不要让给二哥 b 成员来享用呢？==我是一字节一字节榨干资本还是出手阔绰安排"单人房"呢？==这里就有了歧义。

要知道位段在空间上是按照需要以四字节 int 或一字节 char 的方式来开辟空间，他涉及很多的不确定性因素，这就是为什么位段是不跨平台的，注重可移植性的程序应该避免使用位段。

有什么不确定因素呢，就好比我们刚刚提到的内存分配问题，这个问题连C语言标准都没有规定我到底该怎么利用，需要由具体的编译器环境决定，编译器环境又依赖于不同的平台比如 Linux 是 gcc 标准，VS则是 windows 标准。

我们要知道：

  • 1. int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
  • 2. 位段中最大位的数目不能确定（16位机器最大 16,32 位机器最大 32）。
  • 3. 位段中成员的内存从左到右分配还是从右向左分配标准尚未定义。
  • 4. 当一个结构中包含两个位段时，第二个位段成员比较大，无法容纳第一个位段剩余的位时，是应当舍弃还是利用，标准尚未定义。

作用

“ 这么个玄乎的玩意儿拿来干嘛啊 ”你可能会有这样的疑问

我们拿上面的情景来分析一手：

int a:2;
int b:5;
int c:10;
int d:30;

我们不分配位段时，需要 16 个字节，分配后只要 8 个字节，其实位段就是为了节省空间，充当个省流大师。

位段使用的前提条件就是某些细节需要非常明确，假如我成员 a 的取值只有四种状态：00，01，10，11，那我给 a 分配 2 个字节是不是就足够了，那我就给 2 个，我如果一上手啪叽就是一个 int 类型，32 个字节横空出世，这个节省的性价比可不低哦~

当然万事万物不可能十全十美，我帮你节省但总归会有一定浪费，这是不可避免的。总结一下就是位段跟结构相比，可以达到相同效果且可以有效节省空间，但存在跨平台问题存在。

Tip

注意，位段机制跟栈还扯不上关系，入栈的是数据的字节，位段是在这些字节的内部空间上发挥作用，已经细节到“位”了，以及之前提到的大小端模式，大小端是连续字节数据的存放模式，也细化不到字节上。

应用场景

位段在实际生活中也有广泛的应用，比如我们网络上数据包的格式：

这就是我们在互联网上向某个对象发送信息的原理，里面最大的问题就是这个包如果直接扔到网上去，就会像拖拉机上高速，铁铁的堵车造成网络拥挤，我们就会利用位段机制进行适当缩减以减小网络的负担。

今天就到这里吧，摸了家人们。

以上就是C语言位段(位域)机制结构体的特殊实现及解析的详细内容，更多关于C语言位段位域机制结构体的资料请关注我们其它相关文章！

赞 (0)

相关推荐

  • C语言中结构体和共用体实例教程

    C语言中结构体和共用体实例教程

    目录 一.实验目的 二.实验内容 三.实验记录 3.1 候选人选票统计 3.2 print函数 3.3 链表 总结 一.实验目的 掌握结构体类型变量的定义和使用: 掌握结构体类型数组的概念和应用: 掌握链表的概念,初步学会对链表进行操作: 掌握共用体的概念与使用: 掌握指向结构体变量的指针. 掌握指向结构体数组的指针的应用. 二.实验内容 编写下列程序,然后上机调试运行. 对候选人得票的统计程序.设有3个候选人,每次输入一个得票的候选人的名字,要求最后输出各人得票结果. 编写一个函数print,

  • C语言自定义类型详解（结构体、枚举、联合体和位段）

    C语言自定义类型详解（结构体、枚举、联合体和位段）

    目录 前言 一.结构体 1.结构体类型的声明 2.结构体的自引用 3.结构体变量的定义和初始化 4.结构体内存对齐 5.结构体传参 二.位段 1.位段的定义 2.位段的内存分配 3.位段的应用 三.枚举 1.枚举类型的定义 2.枚举的优点 3.枚举的使用 四.联合体(共用体) 1.联合体的定义 2.联合体的特点 3.联合体的大小计算 总结 前言 一.结构体 1.结构体类型的声明 当我们想要描述一个复杂变量--学生,可以这样声明. ✒️代码展示: struct Stu { char name[20

  • 解析C语言结构体及位段

    1.结构的定义 在实际情况中,数据经常以成组的形式存在.如果这些值的类型各不相同,他们无法同时存储于同一个数组中,在C中,可以使用结构把不同类型的值存储在一起,所以结构也是一些值的集合,这些值称为它的成员,但是这些成员的类型可以不同. 拓展: "结构"是一种构造数据类型,也叫做用户自定义数据类型,它是由若干"成员"组成的. 每一个成员可以是一个基本数据类型或者又是一个构造类型. 结构即是一种"构造"而成的数据类型, 那么在说明和使用之前必须先定义

  • C语言 位段的详细介绍

    C语言中的位段 位段(bit-field)是以位为单位来定义结构体(或联合体)中的成员变量所占的空间.含有位段的结构体(联合体)称为位段结构.采用位段结构既能够节省空间,又方便于操作. 位段的定义格式为: type  [var]: digits 其中type只能为int,unsigned int,signed int三种类型(int型能不能表示负数视编译器而定,比如VC中int就默认是signed int,能够表示负数).位段名称var是可选参数,即可以省略.digits表示该位段所占的二进制位

  • C语言 位域详解及示例代码

    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: struct bs{ unsigned m; unsigned n: 4; unsigned char ch: 6; } :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

  • C语言位段(位域)机制结构体的特殊实现及解析

    C语言位段(位域)机制结构体的特殊实现及解析

    目录 概念 内存分配 位段跨平台问题 作用 Tip 应用场景 概念 什么是位段? 位段又称为位域,C语言允许在一个结构体中以位为单位来指定其成员所占内存长度,这种以位为单位的成员就叫做称为位段( bit field) .利用位段能够用较少的位数存储数据达到节省空间的目的. 位段是结构体特有的,所以声明是和结构是类似的,但有两个不同: 1. 位段成员必须是 int ,unsigned int,signed int 2. 位段成员名后边结构包括一个冒号和整型数字 举个栗子: struct haha

  • C语言超详细讲解结构体与联合体的使用

    C语言超详细讲解结构体与联合体的使用

    目录 结构体 offsetof-宏 位段 枚举 联合体(共用体) 结构体 结构体内存对齐问题: 当我们在计算结构体的大小时,我们便需要清楚的知道结构体内存对齐是什么. 存在内存对齐的原因可细分为两个: 平台原因: 不是所有的硬件平台都能方位任意地址上的任意数据:某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据,否则会抛出硬件异常. 性能原因: 首先内存对齐可以提高程序的性能,当访问未对其的内存空间时,有时候处理器需要进行两次访问,而当访问对齐的内存时,只需要一次就够了.这同时也被叫做 用空间换取

  • C#语言基础——结构体和枚举类型全面解析

    C#语言基础——结构体和枚举类型全面解析

    一.结构体(struct) 结构类型是用户自己定义的一种类型,它是由其他类型组合而成的,可包含构造函数.常数.字段.方法.属性.索引器.运算符.事件和嵌套类型的值类型.结构在几个重要方面不同于类:结构为值类型而不是引用类型,并且结构不支持继承. 用结构的主要思想是用于创建小型的对象,如Point和FileInfo等等.这可以节省内存,因为没有如类对象所需的那样有额外的引用产生.例如,当声明含有成千上万个对象的数组时,这会引起极大的差异. 结构体是一个变量组,将一组变量放在一起,其实就是一个自定义

  • C语言自定义数据类型的结构体、枚举和联合详解

    C语言自定义数据类型的结构体、枚举和联合详解

    结构体基础知识 首先结构体的出现是因为我们使用C语言的基本类型无法满足我们的需求,比如我们要描述一本书,就需要书名,作者,价格,出版社等等一系列的属性,无疑C语言的基本数据类型无法解决,所以就出现了最重要的自定义数据类型,结构体. 首先我们创建一个书的结构体类型来认识一下 struct Book { char name[20]; char author[20]; int price; }; 首先是struct是结构体关键字,用来告诉编译器你这里声明的是一个结构体类型而不是其他的东西,然后是Boo

  • C语言结构体计算内存占用问题解析

    C语言结构体计算内存占用问题解析

        c语言中结构体使用是非常广泛的,但是结构体有一个问题,就是如果开头的字段属性是字符类型(char),紧跟着的是其他类型,比如整型.长整型.双精度.浮点型,这时候结构体的大小会发生改变,下面给出一个示例: #include <stdio.h> struct person{ char sex; int age; char name[8]; }; int main() { printf("sizeof(person) = %d\n",sizeof(struct perso

  • C语言入门篇--初识结构体

    C语言入门篇--初识结构体

    目录 1.为什么要有结构体 2.结构体的定义 2.1结构体类型的定义 2.2定义结构体普通变量及访问 2.3定义结构体指针变量及访问 1.为什么要有结构体 (1)之前int.char等类型描述的结构体非常单一,只可描述一种类型. (2)数组也是描述同一类型的集合,只可描述一种类型. (3)而结构体使得C语言可以描述复杂类型,比如学生类型( 包含学生的名字.年龄.性别.电话号等信息). 结构体和数组的区别: 结构体:用来描述相同/不同数据元素类型的集合. 数组:用来描述具有相同数据元素类型的集合.

  • Go语言基础语法之结构体及方法详解

    结构体类型可以用来保存不同类型的数据,也可以通过方法的形式来声明它的行为.本文将介绍go语言中的结构体和方法,以及"继承"的实现方法. 结构体类型 结构体类型(struct)在go语言中具有重要地位,它是实现go语言面向对象编程的重要工具.go语言中没有类的概念,可以使用结构体实现类似的功能,传统的OOP(Object-Oriented Programming)思想中的继承在go中可以通过嵌入字段的方式实现. 结构体的声明与定义: // 使用关键字 type 和 struct 定义名字

  • go语言数组及结构体继承和初始化示例解析

    目录 分类 数组 数组定义 结构体 结构体继承 结构体初始化 成员的操作 同名字段 其它匿名字段 非结构体类型 结构体指针类型 结构体字段实现接口 分类 类型 名称 长度 默认值 说明 pointer 指针   nil   array 数组   0   slice 切片   nil 引⽤类型 map 字典   nil 引⽤类型 struct 结构体       数组 如果要存储班级里所有学生的数学成绩,应该怎样存储呢?可能有同学说,通过定义变量来存储.但是,问题是班级有80个学生,那么要定义80

  • C语言简明清晰讲解结构体

    C语言简明清晰讲解结构体

    目录 本质 简单使用 一些写法 我套我自己 内存对齐 举例-int char char 举例-char int char 举例-char char int 由结构体指针访问成员 本质 一些值的集合. 简单使用 #include <stdio.h> struct User { char uName[20]; char uPass[20]; }; int main() { struct User u1 = { "abc","123" }; printf(&q

  • C语言深入回顾讲解结构体对齐

    C语言深入回顾讲解结构体对齐

    目录 结构体对齐问题 结构体嵌套结构体 强制内存对齐 拓展求结构体成员的偏移量 结构体对齐问题 1.知识点的引入: struct data1 { char a;//1B int b;//4B }; void test01() { printf("%d\n",sizeof(struct data1));//8B 为啥? } 2.对齐规则(默认对齐) 第一步:确定分配单位(每行开辟多少字节) 结构体中最大的基本类型的长度 为分配单位. 第二步:确定成员的偏移位置. 偏移位置:成员自身类型的

随机推荐