目录
- 一、位段是什么
- 二、位段的内存分配
- 2.1位段内存分配的原则
- 2.2位段内存分配图解
- 三、位段的跨平台问题
- 四、位段的使用
- 总结
一、位段是什么
位段的声明和结构是类似的，有两个不同
1.位段的成员必须是 int、unsigned int 或signed int 。
2.位段的成员名后边有一个冒号和一个数字。
举例如下：
struct A
{
int _a:2;
int _b:5;
int _c:10;
int _d:30;
};
这个A就是一个位段。
但是结构体可以根据结构体内存对齐确定一个结构体的大小，但是位段的大小怎么确定呢？
位段A的大小是多少呢？
printf("%d\n", sizeof(struct A));
我们利用sizeof操作符来测一下这个A位段的大小是8个字节
但是根据常理来说应该是16个字节呀，我们和结构体对比分析
struct s
{
int a;
int b;
int c;
int d;
};
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(struct s));//16个字节
return 0;
}
对比发现位段不是根据他的数据类型来分配内存的。接下来我们看看位段是怎么分配内存的。
二、位段的内存分配
2.1位段内存分配的原则
- 位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char （属于整形家族）类型
- 位段的空间上是按照需要以4个字节（ int ）或者1个字节（ char ）的方式来开辟的。
- 位段涉及很多不确定因素，位段是不跨平台的，注重可移植的程序应该避免使用位段。ps：虽然位段是不跨平台的，但是我们可以根据平台的不同编写不同的代码
struct A
{
int _a:2; //虽然a是int型但是他所分配的内存根据冒号之后的数字确定，a冒号后面是2，所以他只占用2个比特位
int _b:5; //同理，b成员只需要5个比特位
int _c:10; //10个比特位
int _d:30; //30个比特位
};
那么我们发现这个字段A一共需要47个比特位，好像6个字节就可以完成存储，但是事实并非如此，我们根据位段的内存分配原则，位段的成员是int类型所以按照需要以4个字节的方式开辟，我们先开辟4个字节的空间，即32个比特位，我们可以存储a，b，c但是存储d的时候发现内存不够了，我们再次按照需求再一次开辟4个字节的空间，最终开辟了8个字节的空间而非6个字节的空间来存储位段A。
但是a，b，c存储之后还剩下15个比特位，这些比特位还用不用呢？
答案是不确定的，每个编译器的处理方式都是不一样的，在VS环境下就浪费掉了，位段依旧有很多的不确定性。下面用图例理想表示一下在VS环境下位段的存储：
代码如下：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
struct S
{
char a : 3; //a占3个比特位,以下同理
char b : 4;
char c : 5;
char d : 4;
};
int main()
{
//printf("%d\n", sizeof(struct S));
struct S s = { 0 };
s.a = 10; // 赋值给位段的成员
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;
return 0;
}
2.2位段内存分配图解
假设内存都是由低位向高位使用的，即从右向左使用：
我们将这3个字节的内存中都用0进行初始化：
struct S s = {<!--{C}%3C!%2D%2D%20%2D%2D%3E--> 0 };
三、位段的跨平台问题
int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的。
int的最高位原本是符号位，但是int位段是有符号数还是无符号数是不确定的。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，写成27，在16位机器会出问题。
（16位机器最大可以处理16位数据，寻址空间也只有16位，但是如果传入27位数据就会出问题）
ps：int在16位操作系统下占2个字节。位段中的成员在内存中从左向右分配，还是从右向左分配标准尚未定义。
上图只是假设我们从右向左使用，但是分配表示尚未定义，所以也是不确定的。当一个结构包含两个位段，第二个位段成员比较大，无法容纳于第一个位段剩余的位时，是舍弃剩余的位还是利用，这是不确定的。
总结：
跟结构相比，位段可以达到同样的效果，但是可以很好的节省空间，但是有跨平台的问题存在。
牺牲了它的可移植性，但是节省了空间，可以根据需求选择。
为什么说和结构相比，位段可以节省空间呢？
代码如下（示例）：
struct A
{
int _a:2; //虽然a是int型但是他所分配的内存根据冒号之后的数字确定，a冒号后面是2，所以他只占用2个比特位
int _b:5; //同理，b成员只需要5个比特位
int _c:10; //10个比特位
int _d:30; //30个比特位
};
比如这个代码，假设a的取值只可能是0，1，2，3，如果用结构写的话会给a分配4个字节的空间也就是32个比特位，但是a最大需要的比特位是2位，所以会大大造成浪费，并且结构体还存在结构体内存对齐问题，牺牲了空间提高了时间效率。
四、位段的使用
总结
位段的介绍到此结束，总结一下就是位段相比较结构体节省了空间但是失去了可移植性，存在了跨平台的问题，我们可以根据自身的需求来选择是否使用位段，同时位段广泛使用在计算机网络方面，如果想变强就需要学会合理使用位段，加油 少年们！
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