C - 位字段

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假设您的 C 程序包含许多 TRUE/FALSE 变量，这些变量分组在名为 status 的结构中，如下所示 -

struct {
   unsigned int widthValidated;
   unsigned int heightValidated;
} status;

这个结构需要 8 个字节的内存空间，但实际上，我们将在每个变量中存储 0 或 1。在这种情况下，C 编程语言提供了更好的利用内存空间的方法。

如果您在结构体中使用此类变量，那么您可以定义变量的宽度，告诉 C 编译器您将仅使用这些字节数。例如，上述结构可以重写如下 -

struct {
   unsigned int widthValidated : 1;
   unsigned int heightValidated : 1;
} status;

上述结构需要 4 个字节的存储空间用于状态变量，但仅使用 2 位来存储值。

如果您将使用最多 32 个变量，每个变量的宽度为 1 位，那么状态结构也将使用 4 个字节。然而，一旦你有 33 个变量，它就会分配内存的下一个槽，并开始使用 8 个字节。让我们检查以下示例来理解这个概念 -

#include <stdio.h>
#include <string.h>

/* define simple structure */
struct {
   unsigned int widthValidated;
   unsigned int heightValidated;
} status1;

/* define a structure with bit fields */
struct {
   unsigned int widthValidated : 1;
   unsigned int heightValidated : 1;
} status2;
 
int main( ) {
   printf( "Memory size occupied by status1 : %d\n", sizeof(status1));
   printf( "Memory size occupied by status2 : %d\n", sizeof(status2));
   return 0;
}

当上面的代码被编译并执行时，它会产生以下结果 -

Memory size occupied by status1 : 8
Memory size occupied by status2 : 4

位域声明

位域的声明在结构中具有以下形式 -

struct {
   type [member_name] : width ;
};

下表描述了位字段的变量元素 -

以预定义宽度定义的变量称为位字段。一个位字段可以容纳多个位；例如，如果您需要一个变量来存储从 0 到 7 的值，那么您可以定义一个宽度为 3 位的位字段，如下所示 -

struct {
   unsigned int age : 3;
} Age;

上面的结构定义指示 C 编译器，age 变量将仅使用 3 位来存储值。如果您尝试使用超过 3 位，那么它将不允许您这样做。让我们尝试下面的例子 -

#include <stdio.h>
#include <string.h>

struct {
   unsigned int age : 3;
} Age;

int main( ) {

   Age.age = 4;
   printf( "Sizeof( Age ) : %d\n", sizeof(Age) );
   printf( "Age.age : %d\n", Age.age );

   Age.age = 7;
   printf( "Age.age : %d\n", Age.age );

   Age.age = 8;
   printf( "Age.age : %d\n", Age.age );

   return 0;
}

当上面的代码被编译时，它会编译并带有警告，并且在执行时，它会产生以下结果 -

Sizeof( Age ) : 4
Age.age : 4
Age.age : 7
Age.age : 0