如果程序的结构中包含多个开关量，只有TRUE/FALSE变量，如下：

  1. struct
  2. {
  3.   unsigned int widthValidated;
  4.   unsigned int heightValidated;
  5. } status;

这种结构需要 8 字节的内存空间，但在实际上，在每个变量中，我们只存储 0 或 1。在这种情况下，C 语言提供了一种更好的利用内存空间的方式。如果您在结构内使用这样的变量，您可以定义变量的宽度来告诉编译器，您将只使用这些字节。例如，上面的结构可以重写成：

  1. struct
  2. {
  3.   unsigned int widthValidated : 1;
  4.   unsigned int heightValidated : 1;
  5. } status;

现在，上面的结构中，

  • status 变量将占用 4 个字节的内存空间，但是只有 2 位被用来存储值。
  • 如果您用了 32 个变量，每一个变量宽度为 1 位，那么 status 结构将使用 4 个字节，但只要您再多用一个变量
  • 如果使用了 33 个变量，那么它将分配内存的下一段来存储第 33 个变量，这个时候就开始使用 8 个字节

让我们看看下面的实例来理解这个概念：

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <string.h>
  4. // 定义简单的结构
  5. struct
  6. {
  7.   unsigned int widthValidated;
  8.   unsigned int heightValidated;
  9. } status1;
  11. // 定义位域结构
  12. struct
  13. {
  14.   unsigned int widthValidated : 1;
  15.   unsigned int heightValidated : 1;
  16. } status2;
  18. // 定义位域结构
  19. struct
  20. {
  21.   unsigned int widthValidated : 1;
  22.   unsigned int heightValidated : 32;
  23. } status3;
  25. int main( )
  26. {
  27.    printf( "Memory size occupied by status1 : %d\n", sizeof(status1));
  28.    printf( "Memory size occupied by status2 : %d\n", sizeof(status2));
  29.    printf( "Memory size occupied by status3 : %d\n", sizeof(status3));
  31.    return 0;
  32. }
  35. /*
  36. Memory size occupied by status1 : 8
  37. Memory size occupied by status2 : 4
  38. Memory size occupied by status3 : 8
  39. */

位域声明

有些信息在存储时，并不需要占用一个完整的字节，而只需占几个或一个二进制位。例如:

  • 在存放一个开关量时，只有 0 和 1 两种状态，用 1 位二进位即可。

为了节省存储空间，并使处理简便，C 语言又提供了一种数据结构，称为”位域”或”位段”。
所谓”位域”是把一个字节中的二进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。这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示。
典型的实例：

  • 用 1 位二进位存放一个开关量时，只有 0 和 1 两种状态。
  • 读取外部文件格式——可以读取非标准的文件格式。例如：9 位的整数

位域的定义和位域变量的说明

位域定义与结构定义相仿，其形式为：

  1. struct 位域结构名 
  2. {
  3.  位域列表
  4. };

其中位域列表的形式为：

  1. type [member_name] : width ;

下面是有关位域中变量元素的描述：

元素 描述
type 只能为 int(整型)，unsigned int(无符号整型)，signed int(有符号整型) 三种类型，决定了如何解释位域的值
member_name 位域的名称
width 位域中位的数量。宽度必须小于或等于指定类型的位宽度

带有预定义宽度的变量被称为位域。位域可以存储多于 1 位的数，例如，需要一个变量来存储从 0 到 7 的值，您可以定义一个宽度为 3 位的位域，如下：

  1. struct
  2. {
  3.   unsigned int age : 3;
  4. } Age;

上面的结构定义指示 C 编译器，age 变量将只使用 3 位来存储这个值，如果您试图使用超过 3 位，则无法完成。

  1. struct bs{
  2.     int a:8;
  3.     int b:2;
  4.     int c:6;
  5. }data;

data 为 bs 变量，共占两个字节。其中位域 a 占 8 位，位域 b 占 2 位，位域 c 占 6 位。
让我们再来看一个实例：

  1. struct packed_struct {
  2.   unsigned int f1:1;
  3.   unsigned int f2:1;
  4.   unsigned int f3:1;
  5.   unsigned int f4:1;
  6.   unsigned int type:4;
  7.   unsigned int my_int:9;
  8. } pack;

在这里，packed_struct 包含了 6 个成员：

  • 四个 1 位的标识符 [f1…f4]
  • 一个 4 位的 type
  • 一个 9 位的 my_int

让我们来看下面的实例：

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <string.h>
  4. struct
  5. {
  6.   unsigned int age : 3;
  7. } Age;
  9. int main( )
  10. {
  11.    printf( "Sizeof( Age ) : %d\n", sizeof(Age) );
  13.    Age.age = 4;
  14.    printf( "Age.age : %d\n", Age.age );
  16.    Age.age = 7;
  17.    printf( "Age.age : %d\n", Age.age );
  19.    Age.age = 8; // 二进制表示为 1000 有四位，超出
  20.    printf( "Age.age : %d\n", Age.age );
  22.    return 0;
  23. }
  25. /*
  26. Sizeof( Age ) : 4
  27. Age.age : 4
  28. Age.age : 7
  29. Age.age : 0
  30. */

对于位域的定义尚有以下几点说明：

  • 一个位域存储在同一个字节中，如一个字节所剩空间不够存放另一位域时，则会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。例如：

    1. struct bs{
    2.   unsigned a:4;
    3.   unsigned  :4;    // 空域
    4.   unsigned b:4;    // 从下一单元开始存放
    5.   unsigned c:4
    6. }

  • 在这个位域定义中，a 占第一字节的 4 位，后 4 位填 0 表示不使用，b 从第二字节开始，占用 4 位，c 占用 4 位。

  • 位域的宽度不能超过它所依附的数据类型的长度，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。
  • 位域可以是无名位域，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：
    1. struct k{
    2.   int a:1;
    3.   int  :2;    // 该 2 位不能使用
    4.   int b:3;
    5.   int c:2;
    6. };
    从以上分析可以看出，位域在本质上就是一种结构类型，不过其成员是按二进位分配的。

位域的使用

位域的使用和结构成员的使用相同，其一般形式为：

  1. 位域变量名.位域名
  2. 位域变量名->位域名

位域允许用各种格式输出。
请看下面的实例：

  1. #include <stdio.h>
  3. int main()
  4. {
  5.   struct bs
  6.   {
  7.     unsigned a : 1;
  8.     unsigned b : 3;
  9.     unsigned c : 4;
  10.   } bit, *pbit;
  11.   // struct bs *pbit;
  13.   bit.a = 1;          // 给位域赋值（应注意赋值不能超过该位域的允许范围）
  14.   bit.b = 7;          // 给位域赋值（应注意赋值不能超过该位域的允许范围）
  15.   bit.c = 15;         // 给位域赋值（应注意赋值不能超过该位域的允许范围）
  16.   printf("%d,%d,%d\n", bit.a, bit.b, bit.c);   // 以整型量格式输出三个域的内容
  18.   pbit = &bit;        // 把位域变量 bit 的地址送给指针变量 pbit
  19.   pbit->a = 0;        // 用指针方式给位域 a 重新赋值，赋为 0
  20.   pbit->b &= 3;       // 使用了复合的位运算符 "&="，相当于：pbit->b=pbit->b&3，位域 b 中原有值为 7，与 3 作按位与运算的结果为 3（111&011=011，十进制值为 3）
  21.   pbit->c |= 1;       // 使用了复合位运算符"|="，相当于：pbit->c=pbit->c|1，其结果为 15
  22.   printf("%d,%d,%d\n", pbit->a, pbit->b, pbit->c); // 用指针方式输出了这三个域的值
  23. }
  25. /*
  26. 1,7,15
  27. 0,3,15
  28. */

上例程序中定义了位域结构 bs，三个位域为 a、b、c。说明了 bs 类型的变量 bit 和指向 bs 类型的指针变量 pbit。这表示位域也是可以使用指针的。