你不知道的C语言知识点 – 位域

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C语言位域是一种特殊的结构体成员，它允许我们按位对成员进行定义，指定其占用的位数。位域可以节省内存空间，并方便对位进行操作。本文将从以下几个方面介绍C语言位域的概念、用法和注意事项：

– **位域的定义和声明**：位域的定义与结构体定义相似，其形式为：

struct 位域结构名 {
	位域列表;
};

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其中，位域列表的形式为：

欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧!type [member_name] : width;

type 只能为 int、unsigned int、signed int 等整数类型，或者是枚举类型。member_name 是位域的名称，可以省略。width 是位域占用的位数，必须是一个常量表达式。

例如，下面的代码定义了一个名为 flags 的结构体，它包含四个位域成员，每个成员只占用一位：

struct flags {
  unsigned int is_keyword : 1;
  unsigned int is_extern : 1;
  unsigned int is_static : 1;
  unsigned int is_const : 1;
};

– **位域的访问和赋值**：位域的访问和赋值与普通的结构体成员相同，都是通过点运算符（.）来实现的。例如，下面的代码创建了一个 flags 类型的变量 flag，并对其各个成员进行赋值和打印：

欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧!struct flags flag;
flag.is_keyword = 1;
flag.is_extern = 0;
flag.is_static = 1;
flag.is_const = 0;
printf("is_keyword: %u\n", flag.is_keyword);
printf("is_extern: %u\n", flag.is_extern);
printf("is_static: %u\n", flag.is_static);
printf("is_const: %u\n", flag.is_const);

需要注意的是，位域的取值范围受到其占用的位数和数据类型的限制。例如，如果一个位域占用4位，那么它最多可以表示16种不同的值（从0到15）。如果一个位域是有符号类型，那么它还要考虑符号位。如果给一个位域赋予超出其范围的值，那么会发生截断或溢出。

– **位域的存储规则**：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方案，但它们都尽量压缩存储空间。一般来说，相邻且类型相同的位域会挨着存储，直到不能容纳为止；如果相邻且类型不同，或者中间穿插着非位域成员，那么可能会有填充或对齐的情况发生。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。

例如，下面的代码定义了一个名为 bs 的结构体，它包含三个不同类型的位域成员：

struct bs {
  unsigned m: 12;
  unsigned char ch: 4;
  unsigned p: 4;
};

在 GCC 下编译运行时，sizeof(struct bs) 的结果为4；在 VC/VS 下编译运行时，sizeof(struct bs) 的结果为12。这是因为 GCC 对不同类型的相邻位域进行了压缩存储，而 VC/VS 则按照各自类型分开存储。

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