C语言 day18 | 我的日常分享

C语言 day18

发表于2020-05-21更新于2020-05-21字数统计1.2k阅读时长15分

结构体

位段

  1. 信息在计算的存取长度一般以字节为单位;
  2. 有事储存一个信息不必用一个字节或多个字节
    • 例如：真或假：用0或1，只需一位即可.

怎样向一个字节的一个或几个二进制位赋值和改变他的值呢

  1. 利用前面学过的为运算符：<< >> & | ~ ^
  2. 结构体定义位段，利用位段可以减少存储空间并简化位的操作

C语言允许一个结构体中以位为单位来指定其成员所占内存长度，以位为单位的成员为“位段”或称“位域”。

注意：位段一般用的是unsigned int或unsigned char

案例1：

  • 位域的存储
  1. 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。
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#include<stdio.h>
struct data1{
    unsigned char a:2;
    unsigned char b:2;
};
struct data2{
    unsigned char a:2;
    unsigned char b:7;
};
struct data3{
    unsigned int a:12;
    unsigned int b:12;
};
struct data4{
    unsigned int a:12;
    unsigned int b:21;
};
int main(int argc,char *argv[]){
    printf("%d\n",sizeof(struct data1));
    printf("%d\n",sizeof(struct data2));
    printf("%d\n",sizeof(struct data3));
    printf("%d\n",sizeof(struct data4));
    return 0;
}
````
运行结果：  
![图片](./pic1.png)  

分析: data1中成员类型相同，共4位小于char的类型位数8位即1字节，所以打印1字节，data2，共9位，超了，会另起一行，所以打印2字节；data3成员类型相同，且共24位没有超过32位即4字节，所以打印4字节，而data4成员共33位超了，故打印8字节

2. 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。

```C
#include<stdio.h>
struct data1{
    unsigned char a:2;
    unsigned int b:2;
};
struct data2{
    unsigned char a;
    unsigned int b;
};
int main(int argc,char *argv[]){
    printf("%d\n",sizeof(struct data1));
    printf("%d\n",sizeof(struct data2));
    return 0;
}

分析：
在 GCC 下的运行结果为 1，三个成员挨着存储；在 VC/VS 下的运行结果为 8（为什么不是5？见上篇文章结构体内存对齐），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）。

  1. 如果成员之间穿插着非位域成员，那么不会进行压缩。
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struct data1{
    unsigned m: 12;
    unsigned ch;
    unsigned p: 4;
};

在各个编译器下 sizeof 的结果都是 12。

案例2：

  • 位段不能取地址：系统给内存中一个字节分配一个地址，位没有一个字节，没有地址
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    #include<stdio.h>
    struct data1{
        unsigned char a:2;
        unsigned int b:2;
    };
    int main(int argc,char *argv[]){
    	struct data1 z;
        printf("%d\n",&z.a);
        return 0;
    }
    结果：
    图片

编译器会报错，不能对位的变量取地址

案例3：

  • 位段的赋值不要超过位段的大小，
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    #include<stdio.h>
    struct data1{
        unsigned char a:2;
        unsigned char b:2;
        unsigned char c:2;    
    };
    int main(int argc,char *argv[]){
    	struct data1 z;
    	z.a=3;//11
    	z.b=4;//100
    	z.c=5;//101
    	
        printf("%#x\n",z.a);
        printf("%#x\n",z.b);
        printf("%#x\n",z.c);
        return 0;
    }
    运行结果：
    图片

分析：如果超过位段的大小，则会取后面的值，前面的被截去了，显然这个没有意义的

案例4：

  • 无意义的位段 :2占有两位
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    #include<stdio.h>
    struct data1{
        unsigned char a:2;
        unsigned char :5;
        unsigned char c:2;    
    };
    struct data2{
        unsigned char a:2;
        unsigned char :4;
        unsigned char c:2;    
    };
    int main(int argc,char *argv[]){
    	printf("%d\n",sizeof(struct data1));//2
    	struct data2 z;
    	memset(&z,0,sizeof(z));
    	//1100 0010  0xc2
    	z.a=2;//10
    	z.c=3;//11
    	unsigned char *p=&z;
    	printf("%#x\n",*p);
    	 
        return 0;
    }

运行结果：
图片

案例5：

  • 另起一个位段 :0 使下一个位段从下一个存储单元开始存放
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    #include<stdio.h>
    struct data1{
        unsigned char a:2;
        unsigned char :0; 
    };
    struct data2{
        unsigned char a:2;
        unsigned char :0;
        unsigned char c:2;    
    };
    struct data3{
        unsigned char a:2;
        //unsigned char :0;
        unsigned char c:2;    
    };
    int main(int argc,char *argv[]){
    	printf("%d\n",sizeof(struct data1));
    	printf("%d\n",sizeof(struct data2)); 
    	printf("%d\n",sizeof(struct data3)); 
        return 0;
    }

运行结果：
图片

注意：不会立马生效。是从下一个位段开始，在下一个存储单元存放，所以struct data1的字节数仍是1