C语言位域的用法（附带实例）

位域（又叫位段）是一种特殊的结构体类型，其所有成员的长度均以二进制位为单位进行定义，结构体中的成员被称为位域。

C语言中，位域的一般定义形式如下：

struct 结构体名
{
    类型 变量名1:长度;
    类型 变量名2:长度;
    …
    类型 变量名n:长度;
}

一个位域必须是 int、unsigned 或 signed 中的一种。例如，CPU 的状态寄存器按位域类型定义如下：

struct status
{
    unsigned sign:1;        /*符号标志*/
    unsigned zero:1;        /*零标志*/
    unsigned carry:1;       /*进位标志*/
    unsigned parity:1;      /*奇偶溢出标志*/
    unsigned half_carry:1;  /*半进位标志*/
    unsigned negative:1;     /*减标志*/
} flags;

显然，对 CPU 的状态寄存器而言，使用位域类型仅需 1 个字节即可。又如：

struct packed_data
{
    unsigned a:2;
    unsigned b:1;
    unsigned c:1;
    unsigned d:2;
}data;

可以发现，这里 a、b、c、d 分别占 2 位、1 位、1 位、2 位，如下图所示。

C语言位域的说明

前面介绍了什么是位域，这里针对位域的应用，有以下几点说明：

1) 位域类型和位域变量的定义，以及位域成员的引用，均与结构体类型和结构体变量相同。

2) 在下面定义的位域结构中，各位域都只占用一个二进制位：

struct attribute
{
    unsigned font:1;
    unsigned color:1;
    unsigned size:1;
    unsigned dir:1;
};

如果某位域需要表示多于两种状态，也可将该位域设置为占用多个二进制位。例如，字体大小有 4 种状态，则可将上面的位域结构改写成如下形式：

struct attribute
{
    unsigned font:1;
    unsigned color:1;
    unsigned size:2;
    unsigned dir:1;
};

3) 某一位域要从另一个字节开始存放，可写成如下形式：

struct status
{
    unsigned a:1;
    unsigned b:1;
    unsigned c:1;
    unsigned :0;
    unsigned d:1;
    unsigned e:1;
    unsigned f:1;
}flags;

原本 a、b、c、d、e、f 这 6 个位域是连续存储在一个字节中的。由于加入了一个长度为 0 的无名位域，因此其后的 3 个位域从下一个字节开始存储，一共占用两个字节。

4) 可以使各位域占满一个字节，也可以不占满一个字节。例如：

struct packed_data
{
    unsigned a:2;
    unsigned b:2;
    unsigned c:1;
    int i;
}data;

存储形式如下图所示：


5) 一个位域必须存储在一个存储单元（通常为 1 字节）中，不能跨两个存储单元。如果本单元不够容纳某位域，则从下一个单元开始存储该位域。

6) 可以用“%d”、“%x”、“%u”、“%o”等格式字符，以整数形式输出位域。

7) 在数值表达式中引用位域时，系统自动将位域转换为整型数。