C生万物 | 十分钟带你学会位段相关知识

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了C生万物 | 十分钟带你学会位段相关知识。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

C生万物 | 十分钟带你学会位段相关知识

C生万物 | 十分钟带你学会位段相关知识
结构体相关知识可以先看看这篇文章 —— 链接

一、什么是位段

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 intunsigned intsigned int
  2. 位段的成员名后边有一个冒号和一个数字
  • 在下面,我分别写了一个结构体和一个位段,注意看位段的写法和结构体有什么不同
//结构体
struct A {
	int a;
	int b;
	int c;
	int d;
};
//位段
struct B{
	int _a : 2;
	int _b : 5;
	int _c : 10;
	int _d : 30;
};
  • 然后我们sizeof去计算一下这个结构体的大小
printf("结构体大小:%d\n", sizeof(struct A));
printf("位段大小:%d\n", sizeof(struct B));

可以看到,结构体的大小是16,位段是8,二者为何会存在区别呢?原因在于这个: 2吗?

  • 那根据位段后面的这些数字,我们可以初步去断定可能大小是这些数组的总和,再转换为字节的。计算一下可以知道为47b,在内存中1B = 8b,要存下这个47个比特位的话应该6个字节就够了,但是结果为什么是8呢?我们不得而知😐

C生万物 | 十分钟带你学会位段相关知识

学习了位段的相关知识后你就知道了

二、位段的内存分配

首先来科普一下位段的相关知识📖

  1. 位段的成员可以是 int、unsigned int、signed int 或者是 char (属于整型家族)类型
  2. 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。
  3. 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
  • 那从上面我们就可以提取出一些信息,知道了对于整型而言会开辟出4个字节的数据给到位段作为存放,那接下去呢我们就来分析一下这个位段
  • 仔细观察可以得知每个成员都是整型,那首先开辟出32个比特位
    • _a占了2个比特位,还剩下【30b】
    • _b占了5个比特位,还剩下【25b】
    • _c占了10个比特位,还剩下【15b】
    • _d占了30个比特位,但是剩下的【15b】不够用了,此时编译器会继续开辟出4B,也就是32b的空间来存放
  • 所以最后的结果就是4 + 4 = 8B
struct B{
		//4Byte - 32bit
	int _a : 2;		//30
	int _b : 5;		//25
	int _c : 10;	//15
		//4Byte - 32bit
	int _d : 30;
	//4 + 4 = 8
};

看了我上面的这样计算,你一定会有这些疑问

💬 第一次是32b用剩后的【15b】去哪儿了呢?

💬 _d使用的是【15b】+ 后面开辟出来的32b,还是只用到后面的32b呢?

💬 难道所有平台都是这样吗?有没有不一样的计算方法?

  • 上面是很多同学在课后提出来的疑问,关于这些,你在看完了我下面的分析后就会明白了👇

内存图分析位段分布

接下去我就通过对位段进行分析,然后观察内存分布来揭晓上面究竟是如何计算的。

为了方便期间,这里换一组位段,但是换汤不换药

struct S
{
	char a : 3;
	char b : 4;
	char c : 5;
	char d : 4;
};

int main(void)
{
	struct S s = { 0 };
	s.a = 10;
	s.b = 12;
	s.c = 3;
	s.d = 4;
	return 0;
}
  • 首先来看一下存放这个位段需要的字节数。可以看到这个位段中的每个成员都是char类型的,所以编译器会首先为其分配一个字节的空间,然后随着变量的存入,最终是需要三个字节

C生万物 | 十分钟带你学会位段相关知识

然后我们来逐一分析一下💻

  • 刚才说了,这个位段在内存中需要开辟三个字节,这些变量要怎么存呢,首先看到变量a占了3个比特位,那是从左边的三位开始放还是右边的三位呢?总不可以从中间开始放吧!
  • 那我们假设一下,从右边往左边放,那么a放完后就是b,占4个比特位,但是放c的时候就放不下了,所以需要在开辟1个字节的空间,此时d再来放的话也放不下了,所以也要再开辟1个字节 ,最后也就需要3个字节的空间

C生万物 | 十分钟带你学会位段相关知识

详细分析如下】:

  • 接下去我们就根据main函数中对位段各变量的初始化,来看看位段在内存中的分布情况:a的初始值为10,不过这是十进制,转换为二进制形式的话就是[1010],转看位段这里a变量的是占了3位,所以会截断成[010],将它放到第一个字节处的右边3个比特位处
  • 接下去是b,初始值为12,转换为二进制形式的话就是[1100],而b在内存中也刚好是占4个比特位的大小,刚好第一个字节处还可以放得过,所以继续顺位放置
  • 然后是c,初始值为3,转换为二进制形式的话就是11,但是c在内存中也占5个比特位的大小,所以要在前面做一个扩充便为[00011],但是第一个字节放不下了,上面放了【3】+【4】=【7】,只剩下1个比特位,那我们考虑再开一个字节的空间,为了保持连续性就直接把这个5个比特位的数据放到第二个字节的右边
  • 最后的是d,初始值为4,转换为二进制形式的话就是100,不过d在内存中也占4个比特位的大小,所以要在前面补上一个0,即为[0100]但是第二个字节也放不过了,只剩三个比特位了,所以我们考虑再开一个字节的空间,然后放这个d

上面只是我假设的编译器执行思维,不过真正是怎样的,我们还是要求证一下

  • 那要怎么求证呢?这个很简单,既然这些变量都是存放在位段中,那我们刚才都算出所存放的二进制形式了。对于内存中的地址一般我们看到都是十六进制,所以可以考虑把这些二进制4个为一组转换为十六进制看看
    • 01100010即为——>0x62
    • 00000011即为——>0x03
    • 00000100即为——>0x04
  • 而在内存中左边是低地址,右边是高地址,所以我们看到的应该是62 03 04 cc。来通过【内存】观察一下吧

可以看到,确实和我们分析得是一模一样✌
C生万物 | 十分钟带你学会位段相关知识


看完了上面这个,相信你对一开始的那个位段如何去进行求解的整个流程应该是非常清楚了,留给读者自己的分析观察🔍

三、位段的跨平台问题

接下去我们再来讲讲有关位段的跨平台的问题

  1. int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的
  2. 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)
    • 假设我们将位段中一个变量所占大小设置为30,即占30个比特位,那么它在32为机器上是没问题的,但是放到早期的16位机器上去的话,可能连编译都编不过,因为根本存放不下
  3. 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
    • 刚才我分析的时候假设的是从右往左进行分配,但是呢这在其他平台上可能又是不一样的了
  4. 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
    • 这也就是我们一开始纠结的【15】到底还用不用的问题,这里给出解答,还是不确定,取决于平台

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

  • 这可能还有的老铁不太理解,举个例子:假设结构体A中的这个变量a只可能有【0】【1】【2】【3】这四种取值,那么只需要2个比特位就可以表达这四个数字了,即【00】【01】【10】【11】,那我们便可以使用位段来是实现:2,但若是放在普通结构体中的话就只能是一个整型4个字节32个比特位的大小,这也就浪费了很多的空间
  • 同理,若是变量b也只有5种表示形式的话,5个比特位就够了,cd也是一样。那么这个时候位段就派上用场了,若是使用结构体的话就会浪费掉很多的空间。所以我们前面在看的时候,结构体所占的空间大小是16B,而位段只有8B

C生万物 | 十分钟带你学会位段相关知识

四、位段的应用

清楚了位段的相关知识和使用后,可能还是有同学比较迷惑这个位段到底是用来干嘛的,有什么实际应用场景吗?我们来看看

  • 比方说这里有个IP数据包,有学习过《计算机网络》相关知识的读者应该都很清楚【不了解可以看看网络层知识点汇总】,我们平常在网络上和别人互相聊天的时候,所发送的消息并不是直接在网络链路上进行传送的,而是会将其封装到一个数据包中,它叫做IP数据包,例如我们所发送的呵呵只是里面的一个数据部分,还存在其他很多的字段,这些字段都占有各自的字节数
  • 其实对于这些字节数来说,就是使用【位段】来实现,精准地控制好每个字段需要多少字节数,,就不会造成浪费的现象了

C生万物 | 十分钟带你学会位段相关知识

五、总结与提炼

最后来总结一下本文所学习的内容📖

  • 在本文中,我们首先讲到了位段的相关概念,知道了原来使用结构体还可以实现位段,不过在看了二者的大小后,却产生了疑惑,为什么位段所占的大小是这些呢?
  • 在清楚了位段在内容中的相关分布后,我带着读者一步步分析了位段中的成员数据到底是怎么一个个存放到内存中的,也通过VS中的【内存】验证观察了我们的分析结果,是正确的
  • 然后便说道了位段这个东西其实具备很大的不确定性,因为它存在跨平台的问题,在不同平台下实现的机制可能不同,所以就会导致最后的位段大小会不一致
  • 最后,也说道了位段的作用以及其实际的应用场景,让读者学以致用

以上就是本文要介绍的所有内容,感谢您的阅读,如果觉得有帮助的话,可以给个三连哦❤️❤️❤️

C生万物 | 十分钟带你学会位段相关知识
C生万物 | 十分钟带你学会位段相关知识文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-408397.html

到了这里,关于C生万物 | 十分钟带你学会位段相关知识的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处: 如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请点击违法举报进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

领支付宝红包 赞助服务器费用

相关文章

  • 十分钟学会开发自己的Python AI应用【OpenAI API篇】

    最近 OpenAI 宣布 ChatGPT 将很快推出他们的 API。虽然我们不知道这需要多长时间,但这之前我们可以熟悉下OpenAI API,快速开发自己的AI应用! 通过今天学习 OpenAI API,你将能够访问 OpenAI 的强大模型,例如用于自然语言的 GPT-3、用于将自然语言翻译为代码的 Codex 以及用于创建和

    2024年04月25日
    浏览(25)
  • 使用cpolar内网穿透实现公网远程访问,十分钟就可以学会使用

    1.自己有公网IP,进入路由器做映射 2.自己有公网服务器搭建内网穿透 3.通过第三方公网服务器进行流量转发,映射本地端口 比较常见是第三种方式,不需要自己搭建服务,也不用去申请公网IP、不用设置路由器,不论是本地开发测试,远程联机还是远程访问都支持,随时可用

    2024年02月12日
    浏览(43)
  • 【JAVA】十分钟带你了解java的前世今生

    个人主页:【😊个人主页】 系列专栏:【初始JAVA】 玩过我的世界的朋友想必对JAVA以及它的图标都很熟悉,在游戏开始画面停留在此时,我们可能会好奇, “它”有什么作用,“它”为什么会被称之为“JAVA”,它为什么又“长”成这样? Java是一种编程语言,被特意设计用

    2024年02月11日
    浏览(33)
  • 还在苦恼如何开发一个Chrome插件吗?十分钟带你实现一个实用小插件

    你是否曾考虑过创建自己的 Chrome 插件,但又挠头毫无思路?那么在接下来的几分钟里,我不仅会介绍 Chrome 浏览器扩展的基本知识,还会指导你通过五个简单的步骤来制作自己的扩展。 知道怎么做吗?让我们一探究竟! 今年我们见证了人工智能能力的爆炸式增长。虽然cha

    2024年02月10日
    浏览(38)
  • 【HashMap1.8源码】十分钟带你深入HashMap1.8源码逐行解析

    四个点核心点 初始化 PUT 扩容 GET Node结构 transient NodeK,V[] table; 初始化时为空的Node数组 Treenode结构 四个构造方法 initialCapacity:初始容量,默认是 tableSizeFor (initialCapacity),根据传参找一个大于该数的2次幂数,比如定义是10,则初始化是16 loadFactor:负载因子,this.loadFactor = DEF

    2024年02月15日
    浏览(43)
  • 十分钟入门Zigbee

    大部分教程通常都是已Zigbee原理开始讲解和学习,各种概念让初学者难以理解。本教程从一个小白的角度出发,入门无需任何Zigbee底层原理知识,只需要基本的MCU研发经验就可以掌握,让您快速实现zigbee组网和节点之间通信。 本教程采用泰凌微TLSR8258芯片,芯片资料链接TLS

    2023年04月09日
    浏览(54)
  • 十分钟掌握Java本地缓存

    —————————— Yesterday is history, tomorrow is a mystery, but today is a gift. That is why it’s called the present. —————————— 缓存是Java开发中经常用到的组件,我们会使用缓存来存储一些 不经常改变 的 热点 数据,提高系统处理效率,其根本原因在于内存和硬盘读写速度的

    2024年02月05日
    浏览(45)
  • 十分钟理解回归测试(Regression Testing)

    回归测试是一个系统的质量控制过程,用于验证最近对软件的更改或更新是否无意中引入了新错误或对以前的功能方面产生了负面影响(比如你在家中安装了新的空调系统,发现虽然新的空调系统可以按预期工作,但是本来亮的等却不亮了)。其主要目标是确保旨在改进的修

    2024年02月05日
    浏览(53)
  • 十分钟python入门 正则表达式

    正则常见的三种功能,它们分别是:校验数据的有效性、查找符合要求的文本以及对文本进行切割和替换等操作。 所谓元字符就是指那些在正则表达式中具有特殊意义的专用字符 元字符大致分成这几类:表示单个特殊字符的,表示空白符的,表示某个范围的,表示次数的量

    2024年02月13日
    浏览(35)
  • 十分钟掌握 Vim 编辑器核心功能

    👉相信不论是前端还是后台多多少少都需要上到服务器上做一些操作,改改配置文件等,大多数 Linux 服务器默认都安装了 Vim 文本编辑器,因此如果还不会 Vim 的话,可能会被同事“耻笑”。 👉如果本文对你有所帮助,请点个👍 吧。 Vim是什么? Vim 是从 vi 发展出来的一个

    2024年02月16日
    浏览(38)

觉得文章有用就打赏一下文章作者

支付宝扫一扫打赏

博客赞助

微信扫一扫打赏

请作者喝杯咖啡吧~博客赞助

支付宝扫一扫领取红包,优惠每天领

二维码1

领取红包

二维码2

领红包