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【C语言】位域的存储

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发表于 3 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式
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。
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