【C语言】结构体实现位段

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了【C语言】结构体实现位段。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。

引言

对位段进行介绍,什么是位段,位段如何节省空间,位段的内存分布,位段存在的跨平台问题,及位段的应用。

  【C语言】结构体实现位段,C语言进阶,c语言,开发语言               ✨ 猪巴戒:个人主页✨

               所属专栏:《C语言进阶》

        🎈跟着猪巴戒,一起学习C语言🎈

目录

引言

什么是位段?

位段的作用

位段是如何节省空间?位段的内存分配

位段的内存分配

位段的跨平台问题

        

位段的应用


什么是位段?

位段的声明和结构是类似的,有两个不同:

  1. 位段的成员必须是整形家族的类型
  2. 位段的成员名后面有一个冒号和一个数字。

冒号后面的数字表示的是这个变量将使用多大的内存(单位是比特位)。

int _n : 2 表示的是_n这个整形变量本来是4个字节(也就是32个比特位) ,但是现在要将它的内存缩减到2个比特位。

struct A
{
	int _n : 2;
	int _b : 5;
	int _c : 10;
	int _d : 30;
};

整形家族的介绍: 

整形类型不仅包括基本整形,还有短整形,长整形,双长整形,字符型和布尔型。

【C语言】结构体实现位段,C语言进阶,c语言,开发语言

类型 字节数 取值范围
int(整形) 4

-2147483648~2147483647

short(短整型) 2 -32768~32767
long(长整型) 4/8 -2^31~(2^31-1)
long long(双长型) 8 -2^63~(2^63-1)
char 1 -2^7~(2^7-1)
bool 1 1,0

         

位段的作用

位段的作用就是节省空间。当我们有一些成员的取值范围有限的时候,所需要的内存空间也不需要太多的空间。

比如说布尔类型

只需要表示真或者假,1表示真,0表示假。实际上布尔类型的变量只占有1个比特位,(1个字节代表着8个比特位),如果使用位段就可以帮助我们节省大量的空间。 

由此,位段所执行的大小不能大于这个变量类型本身的大小,不然就会报错。

【C语言】结构体实现位段,C语言进阶,c语言,开发语言

        

位段是如何节省空间?位段的内存分配

下面是刚才给大家做示范的例子,我们现在看这个位段所占用的空间:

#include <stdio.h>
struct A
{
	int _n : 2;
	int _b : 5;
	int _c : 10;
	int _d : 30;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct A));
	return 0;
}

【C语言】结构体实现位段,C语言进阶,c语言,开发语言

 _n,_b,_c,_d这四个变量的大小加在一起,一共是47个比特位,那就是需要6个字节的大小。

但是,我们发现struct A的大小不仅仅是6个字节,而是8个字节

这就说明位段中内存分布不仅仅是简单组合,顺序地一个紧挨着一个地存放。

        

位段的内存分配

  1. 位段的成员可以是整形家族的类型
  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,注意可移植的程序应该避免使用位段

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 

1.例子

下面位段的大小是8个字节

struct A
{
	int _n : 2;
	int _b : 5;
	int _c : 10;
	int _d : 30;
};

解析struct A的内存分布: 

还是拿这个例子给大家举例:

因为是位段都是int类型,所以这里位段的空间按照4个字节的方式开辟。

首先开辟4个字节来存放内存。

_n是2个比特位,_b是5个比特位,_c是10个比特位,一共是17个比特位

放在4个字节(32个比特位/一个整形大小)当中,剩下15个比特位。

是不足够放下_d(30个比特位),所以另外开辟一个整型大小(4个字节/32个比特位),将_d放进去。

_n,_b,_c放在前面的一个整形,_d放在后面的一个整形。

一共是两个整形,就是8个字节。

【C语言】结构体实现位段,C语言进阶,c语言,开发语言

         

  2.例子

下面位段的大小是3个字节

#include <stdio.h>
struct S
{
	char a : 3;
	char b : 4;
	char c : 5;
	char d : 4;
};
int main()
{
	printf("%d\n", sizeof(struct S));
	struct S s = { 0 };
	s.a = 10;
	s.b = 12;
	s.c = 3;
	s.d = 4;
	return 0;
}

【C语言】结构体实现位段,C语言进阶,c语言,开发语言

         

 解析struct S位段的内存分布:

这个位段都是char 类型,所以这里位段的空间按照1个字节的方式开辟。

1.首先开辟1个字节(8个比特位),来存放数据

a是3个比特位,b是4个比特位,那么开辟的第一个字节就剩下1个比特位,是不足够存放5个比特位的c变量。

2.开辟下一个字节(8个比特位)存放数据

c是5个比特位,这个字节还剩下3个比特位,不足够存放4个比特位的d变量。

3.开辟下一个空间(8个比特位)存放数据

d是4个比特位,将d存放第三个字节中。

【C语言】结构体实现位段,C语言进阶,c语言,开发语言

         

 解析struct S的数据在内存中的具体分布:

//在位段中的成员被赋值后,观察内存分布	
struct S s = { 0 };
s.a = 10;
s.b = 12;
s.c = 3;
s.d = 4;

struct S在内存中的分布其实是有所差异的,当位段中的成员被赋值后,我们就可以看到位段中的成员是如何分布的。

首先开辟一个字节后,

a=10的二进制数字是01010,位段:3个比特位,所以a的值放入内存中会被裁断,变成010.

b的值是12,位段:4个比特位,所以b存到内存中的值是1100.(数据是以二进制的形式存到内存)

a,b的存放方式如下图:a和b在第一个字节中的排列方式是从右到左的,也就是从高地址向低地址,在一个字节中优先排放高地址。

第二个字节开辟

c=3的二进制数字是11,位段:5个字节,不足5个字节用0来补充高位,也就是00011.

c的存放方式也是在这个字节中优先排放高地址处。

第三个字节开辟

d的值是4,二进制数字是100,位段:4个字节,高位用o来补充,也就是0100

d的存放方式也是在这个字节中优先排放高地址处。

【C语言】结构体实现位段,C语言进阶,c语言,开发语言

所以位段struct S在内存中存放的数据是01100010 00000011 00000100

换算成十六进制数字就是 62 03 04

验证:

通过内存调试,观察内存窗口就可以看到

【C语言】结构体实现位段,C语言进阶,c语言,开发语言

         

位段的跨平台问题

  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,写成27,在16位机器会出问题。
  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。
  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。

总结: 文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-765430.html

跟结构相⽐,位段可以达到同样的效果,并且可以很好的节省空间,但是有跨平台的问题存在。

        

位段的应用

下图是⽹络协议中,IP数据包的格式,我们可以看到其中很多的属性只需要⼏个bit位就能描述,这⾥使⽤位段,能够实现想要的效果,也节省了空间,这样⽹络传输的数据报⼤⼩也会较⼩⼀些,对⽹络的畅通是有帮助的。
大量的数组经过位段的处理,可以将数据的内存缩小,是数据包的大小变小,数据包变小,网络的传输就会变得快速。
【C语言】结构体实现位段,C语言进阶,c语言,开发语言

到了这里,关于【C语言】结构体实现位段的文章就介绍完了。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

  • C语言从入门到实战——结构体与位段

    C语言中的结构体是一种自定义的数据类型,可以用来表示多个不同类型的数据的集合。结构体是由多个变量组成的,每个变量称为结构体的成员。 使用结构体需要先定义结构体类型,然后可以声明该类型的变量。 定义结构体类型的语法如下: 例如,定义一个表示学生的结构

    2024年01月20日
    浏览(52)
  • 【C语言:自定义类型(结构体、位段、共用体、枚举)】

    C语言已经提供了内置类型,如:char、short、int、long、float、double等,但是只有这些内置类型还是不够的, 假设我想描述学生,描述⼀本书,这时单⼀的内置类型是不⾏的。描述⼀个学生需要名字、年龄、学号、身高、体重等;描述⼀本书需要作者、出版社、定价等。C语言为

    2024年02月05日
    浏览(43)
  • 【C语言】自定义类型详细讲解(结构体、位段的简单到深入)

    目录 1.结构体的声明 1.1基础知识 1.2结构体的声明 1.3结构体的特殊声明  1.4结构体的自引用 1.5结构体变量的定义和初始化 1.6结构体内存对齐 那对齐这么浪费空间,为什么要对齐  1.7修改默认对齐数 1.8结构体传参 2.位段 2.1什么是位段 2.2位段的内存分配 深入研究VS环境下的位

    2023年04月21日
    浏览(42)
  • 一篇博客学会系列(2)—— C语言中的自定义类型 :结构体、位段、枚举、联合体

    目录  前言 1、结构体 1.1、结构体类型的声明 1.2、特殊的结构体类型声明 1.3、结构体的自引用 1.4、结构体的定义和初始化 1.5、结构体成员变量的调用 1.6、结构体内存对齐  1.6.1、offsetof 1.6.2、结构体大小的计算 1.6.3、为什么存在内存对齐?  1.7、 修改默认对齐数 1.8、结构

    2024年02月08日
    浏览(42)
  • 结构体(结构体内存对齐)+位段+枚举

    本期带大家一起来学习一下 结构体知识+位段知识+枚举知识 🌈🌈🌈 1.1 结构体的声明✈️✈️ 1.1.1 结构体的完全声明🚀 结构体是一种自定义的类型,🔦🔦 结构体是将不同类型的数据按照一定的功能需求进行整体封装 ,封装的数据类型与大小均可以由用户指定。 那么又

    2023年04月10日
    浏览(40)
  • 结构体内存对齐,位段,枚举相关问题.

    本文标签:    结构体内存对齐   结构位段问题   枚举 文章目录 目录 文章目录 一、结构体的内存对齐. 1.计算结构体大小 2.为什么存在内存对齐? 二、结构体的位段问题. 三、枚举 1.枚举类型定义 2.枚举的优点 为什么使用枚举? 总结 知道了结构体的基本使用,我们可以深入探

    2023年04月08日
    浏览(31)
  • 自定义类型详解(结构体+位段+枚举+联合)

    你好,我是史丰源 欢迎你的来访,希望我的博客能给你带来一些帮助。 我的Gitee: 代码仓库☀️ 我的联系方式: QQ:1756786195 邮箱:Marksky126@outlook.com🌐 1.11我们为什么需要结构体? C语言中的类型是单一的,如果我们需要去形容一个复杂对象,就需要结构体. 之所以叫结构体

    2023年04月08日
    浏览(59)
  • 自定义类型详解 ----结构体,位段,枚举,联合

    目录 结构体 1.不完全声明 2.结构体的自引用 3.定义与初始化 4.结构体内存对齐与结构体类型的大小 结构体嵌套问题 位段 1.什么是位段? 2.位段的内存分配 枚举 1.枚举类型的定义 2.枚举的优点 联合(共同体) 1.联合体类型的声明以及变量定义 2.联合体的特点 利用联合体判断

    2024年02月19日
    浏览(34)
  • c语言-位段

    本篇文章介绍c语言的位段。 概念:c语言允许在一个结构体中以位为单位来指定其成员所占内存长度。 位段的声明格式为: 位段的声明例子: 说明: 成员变量_a占2位 成员变量_b占5位 成员变量_c占10位 成员变量_d占20位 输出位段A的大小: 位段成员的类型可以指定为unsigned

    2024年01月21日
    浏览(33)
  • C语言--位段

    位段的声明和结构是类似的,有两个不同: 位段的成员必须是 int 、 unsigned int 或 signed int .位段的成员名后边有一个冒号和一个数字 位段的位指的是 二进制位 位段其实用法和结构体一样,只是比结构体更加节省空间 位段的成员可以是 int unsigned int signed int 或者是 char (属于

    2024年02月15日
    浏览(28)

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