【C语言】位域的存储

wander

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，但它们都尽量压缩存储空间。

位域的具体存储规则如下：
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。

以下面的位域 bs 为例：

• #include <stdio.h>
• int main(){
•     struct bs{
•         unsigned m: 6;
•         unsigned n: 12;
•         unsigned p: 4;
•     };
•     printf("%d\n", sizeof(struct bs));
•     return 0;
• }
  

运行结果：
4

m、n、p 的类型都是 unsigned int，sizeof 的结果为 4 个字节（Byte），也即 32 个位（Bit）。m、n、p 的位宽之和为 6+12+4 = 22，小于 32，所以它们会挨着存储，中间没有缝隙。

sizeof(struct bs) 的大小之所以为 4，而不是 3，是因为要将内存对齐到 4 个字节，以便提高存取效率。

如果将成员 m 的位宽改为 22，那么输出结果将会是 8，因为 22+12 = 34，大于 32，n 会从新的位置开始存储，相对 m 的偏移量是 sizeof(unsigned int)，也即 4 个字节。

如果再将成员 p 的位宽也改为 22，那么输出结果将会是 12，三个成员都不会挨着存储。

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。

请看下面的位域 bs：纯文本复制

• #include <stdio.h>
• int main(){
•     struct bs{
•         unsigned m: 12;
•         unsigned char ch: 4;
•         unsigned p: 4;
•     };
•     printf("%d\n", sizeof(struct bs));
•     return 0;
• }
  

在 GCC 下的运行结果为 4，三个成员挨着存储；在 VC/VS 下的运行结果为 12，三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）。

m 、ch、p 的长度分别是 4、1、4 个字节，共计占用 9 个字节内存，只所以在 VC/VS 下的输出结果是 12，还是因为要将内存对齐（ch 单独占用 4 个字节），以便提高存取效率。

3) 如果成员之间穿插着非位域成员，那么不会进行压缩。例如对于下面的 bs：纯文本复制

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

在各个编译器下 sizeof 的结果都是 12。

通过上面的分析，我们发现位域成员往往不占用完整的字节，有时候也不处于字节的开头位置，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。地址是字节（Byte）的编号，而不是位（Bit）的编号。