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C 语言的位域（bit-field）是一种特殊的结构体成员，允许我们按位对成员进行定义，指定其占用的位数。
如果程序的结构中包含多个开关的变量，即变量值为 TRUE/FALSE ，如下：
struct unsigned int widthValidated; unsigned int heightValidated; } status;这种结构需要 8 字节的内存空间，但在实际上，在每个变量中，我们只存储 0 或 1，在这种情况下，C 语言提供了一种更好的利用内存空间的方式。如果您在结构内使用这样的变量，您可以定义变量的宽度来告诉编译器，您将只使用这些字节。例如，上面的结构可以重写成：
struct unsigned int widthValidated : 1; unsigned int heightValidated : 1; } status;现在，上面的结构中，status 变量将占用 4 个字节的内存空间，但是只有 2 位被用来存储值。如果您用了 32 个变量，每一个变量宽度为 1 位，那么 status 结构将使用 4 个字节，但只要您再多用一个变量，如果使用了 33 个变量，那么它将分配内存的下一段来存储第 33 个变量，这个时候就开始使用 8 个字节。让我们看看下面的实例来理解这个概念：
#include
<
stdio.h
>
#include
<
string.h
>
/*
定义简单的结构
*/
struct
unsigned
int
widthValidated
;
unsigned
int
heightValidated
;
}
status1
;
/*
定义位域结构
*/
struct
unsigned
int
widthValidated
:
1
;
unsigned
int
heightValidated
:
1
;
}
status2
;
int
main
(
)
printf
(
"
Memory size occupied by status1 : %d
\
n
"
,
sizeof
(
status1
)
)
;
printf
(
"
Memory size occupied by status2 : %d
\
n
"
,
sizeof
(
status2
)
)
;
return
0
;
用 1 位二进位存放一个开关量时，只有 0 和 1 两种状态。
读取外部文件格式——可以读取非标准的文件格式。例如：9 位的整数。
struct packed_struct {
unsigned int f1 : 1 ; // 1位的位域
unsigned int f2 : 1 ; // 1位的位域
unsigned int f3 : 1 ; // 1位的位域
unsigned int f4 : 1 ; // 1位的位域
unsigned int type : 4 ; // 4位的位域
unsigned int my_int : 9 ; // 9位的位域
int main ( ) {
struct packed_struct pack ;
pack. f1 = 1 ;
pack. f2 = 0 ;
pack. f3 = 1 ;
pack. f4 = 0 ;
pack. type = 7 ;
pack. my_int = 255 ;
printf ( "f1: %u \n " , pack. f1 ) ;
printf ( "f2: %u \n " , pack. f2 ) ;
printf ( "f3: %u \n " , pack. f3 ) ;
printf ( "f4: %u \n " , pack. f4 ) ;
printf ( "type: %u \n " , pack. type ) ;
printf ( "my_int: %u \n " , pack. my_int ) ;
return 0 ;
以上实例定义了一个名为 packed_struct 的结构体，其中包含了多个位域成员。
当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
Memory size occupied by status1 : 8 Memory size occupied by status2 : 4位域的特点和使用方法如下：
- 定义位域时，可以指定成员的位域宽度，即成员所占用的位数。
- 位域的宽度不能超过其数据类型的大小，因为位域必须适应所使用的整数类型。
-
位域的数据类型可以是
int、unsigned int、signed int等整数类型，也可以是枚举类型。 - 位域可以单独使用，也可以与其他成员一起组成结构体。
-
位域的访问是通过点运算符（
.）来实现的，与普通的结构体成员访问方式相同。
有些信息在存储时，并不需要占用一个完整的字节，而只需占几个或一个二进制位。例如在存放一个开关量时，只有 0 和 1 两种状态，用 1 位二进位即可。为了节省存储空间，并使处理简便，C 语言又提供了一种数据结构，称为"位域"或"位段"。
所谓"位域"是把一个字节中的二进位划分为几个不同的区域，并说明每个区域的位数。每个域有一个域名，允许在程序中按域名进行操作。这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示。
典型的实例：
位域的定义和位域变量的说明
位域定义与结构定义相仿，其形式为：
struct 位域结构名其中位域列表的形式为：
type [member_name] : width ;下面是有关位域中变量元素的描述：
元素描述 type只能为 int(整型)，unsigned int(无符号整型)，signed int(有符号整型) 三种类型，决定了如何解释位域的值。 member_name位域的名称。 width位域中位的数量。宽度必须小于或等于指定类型的位宽度。带有预定义宽度的变量被称为 位域 。位域可以存储多于 1 位的数，例如，需要一个变量来存储从 0 到 7 的值，您可以定义一个宽度为 3 位的位域，如下：
struct
unsigned
int
age
:
3
;
}
Age
;
上面的结构定义指示 C 编译器，age 变量将只使用 3 位来存储这个值，如果您试图使用超过 3 位，则无法完成。
以上代码定义了一个名为 struct bs 的结构体，data 为 bs 的结构体变量，共占四个字节：
对于位域来说，它们的宽度不能超过其数据类型的大小，在这种情况下，int 类型的大小通常是 4 个字节（32位）。
相邻位域字段的类型相同，且其位宽之和小于类型的 sizeo f大小，则后面的字段将紧邻前一个字段存储，直到不能容纳为止。
让我们再来看一个实例：
struct
packed_struct
{
unsigned
int
f1
:
1
;
unsigned
int
f2
:
1
;
unsigned
int
f3
:
1
;
unsigned
int
f4
:
1
;
unsigned
int
type
:
4
;
unsigned
int
my_int
:
9
;
}
pack
;
以上代码定义了一个名为 packed_struct 的结构体，其中包含了六个成员变量，pack 为 packed_struct 的结构体变量。
在这里，packed_struct 包含了 6 个成员：四个 1 位的标识符 f1..f4、一个 4 位的 type 和一个 9 位的 my_int。
让我们来看下面的实例：
#include <stdio.h>struct packed_struct {
unsigned int f1 : 1 ; // 1位的位域
unsigned int f2 : 1 ; // 1位的位域
unsigned int f3 : 1 ; // 1位的位域
unsigned int f4 : 1 ; // 1位的位域
unsigned int type : 4 ; // 4位的位域
unsigned int my_int : 9 ; // 9位的位域
int main ( ) {
struct packed_struct pack ;
pack. f1 = 1 ;
pack. f2 = 0 ;
pack. f3 = 1 ;
pack. f4 = 0 ;
pack. type = 7 ;
pack. my_int = 255 ;
printf ( "f1: %u \n " , pack. f1 ) ;
printf ( "f2: %u \n " , pack. f2 ) ;
printf ( "f3: %u \n " , pack. f3 ) ;
printf ( "f4: %u \n " , pack. f4 ) ;
printf ( "type: %u \n " , pack. type ) ;
printf ( "my_int: %u \n " , pack. my_int ) ;
return 0 ;
以上实例定义了一个名为 packed_struct 的结构体，其中包含了多个位域成员。
在 main 函数中，创建了一个 packed_struct 类型的结构体变量 pack，并分别给每个位域成员赋值。
然后使用 printf 语句打印出每个位域成员的值。
输出结果为：
f1: 1 f2: 0 f3: 1 f4: 0 type: 7 my_int: 255
#include
<
stdio.h
>
#include
<
string.h
>
struct
unsigned
int
age
:
3
;
}
Age
;
int
main
(
)
Age
.
age
=
4
;
printf
(
"
Sizeof( Age ) : %d
\
n
"
,
sizeof
(
Age
)
)
;
printf
(
"
Age.age : %d
\
n
"
,
Age
.
age
)
;
Age
.
age
=
7
;
printf
(
"
Age.age : %d
\
n
"
,
Age
.
age
)
;
Age
.
age
=
8
;
// 二进制表示为 1000 有四位，超出
printf
(
"
Age.age : %d
\
n
"
,
Age
.
age
)
;
return
0
;
struct example1 {
int a : 4 ;
int b : 5 ;
int c : 7 ;
int main ( ) {
struct example1 ex1 ;
printf ( "Size of example1: %lu bytes \n " , sizeof ( ex1 ) ) ;
return 0 ;
以上实例中，example1 结构体包含三个位域成员 a，b 和 c，它们分别占用 4 位、5 位和 7 位。
当上面的代码被编译时，它会带有警告，当上面的代码被执行时，它会产生下列结果：
Sizeof( Age ) : 4 Age.age : 4 Age.age : 7 Age.age : 0计算字节数：
#include <stdio.h>struct example1 {
int a : 4 ;
int b : 5 ;
int c : 7 ;
int main ( ) {
struct example1 ex1 ;
printf ( "Size of example1: %lu bytes \n " , sizeof ( ex1 ) ) ;
return 0 ;
以上实例中，example1 结构体包含三个位域成员 a，b 和 c，它们分别占用 4 位、5 位和 7 位。
通过 sizeof 运算符计算出 example1 结构体的字节数，并输出结果：
Size of example1: 4 bytes
对于位域的定义尚有以下几点说明：
一个位域存储在同一个字节中，如一个字节所剩空间不够存放另一位域时，则会从下一单元起存放该位域。也可以有意使某位域从下一单元开始。例如：
struct
bs
{
unsigned
a
:
4
;
unsigned
:
4
;
/*
空域
*/
unsigned
b
:
4
;
/*
从下一单元开始存放
*/
unsigned
c
:
4
#0
#0
#0
#0
#0
在这个位域定义中，a 占第一字节的 4 位，后 4 位填 0 表示不使用，b 从第二字节开始，占用 4 位，c 占用 4 位。
位域的宽度不能超过它所依附的数据类型的长度，成员变量都是有类型的，这个类型限制了成员变量的最大长度， : 后面的数字不能超过这个长度。
位域可以是无名位域，这时它只用来作填充或调整位置。无名的位域是不能使用的。例如：
struct
k
{
int
a
:
1
;
int
:
2
;
/*
该 2 位不能使用
*/
int
b
:
3
;
int
c
:
2
;
}
bit
,*
pbit
;
bit
.
a
=
1
;
/*
给位域赋值（应注意赋值不能超过该位域的允许范围）
*/
bit
.
b
=
7
;
/*
给位域赋值（应注意赋值不能超过该位域的允许范围）
*/
bit
.
c
=
15
;
/*
给位域赋值（应注意赋值不能超过该位域的允许范围）
*/
printf
(
"
%d,%d,%d
\
n
"
,
bit
.
a
,
bit
.
b
,
bit
.
c
)
;
/*
以整型量格式输出三个域的内容
*/
pbit
=&
bit
;
/*
把位域变量 bit 的地址送给指针变量 pbit
*/
pbit
->
a
=
0
;
/*
用指针方式给位域 a 重新赋值，赋为 0
*/
pbit
->
b
&=
3
;
/*
使用了复合的位运算符 "&="，相当于：pbit->b=pbit->b&3，位域 b 中原有值为 7，与 3 作按位与运算的结果为 3（111&011=011，十进制值为 3）
*/
pbit
->
c
|=
1
;
/*
使用了复合位运算符"|="，相当于：pbit->c=pbit->c|1，其结果为 15
*/
printf
(
"
%d,%d,%d
\
n
"
,
pbit
->
a
,
pbit
->
b
,
pbit
->
c
)
;
/*
用指针方式输出了这三个域的值
*/
上例程序中定义了位域结构 bs，三个位域为 a、b、c。说明了 bs 类型的变量 bit 和指向 bs 类型的指针变量 pbit。这表示位域也是可以使用指针的。
/*age 变量将只使用 3 位来存储这个值，如果您试图使用超过 3 位，则无法完成*/ Age.age = 4; printf("Sizeof( Age ) : %d\n", sizeof(Age)); printf("Age.age : %d\n", Age.age); // 二进制表示为 111 有三位，达到最大值 Age.age = 7; printf("Age.age : %d\n", Age.age); // 二进制表示为 1000 有四位，超出 Age.age = 8; printf("Age.age : %d\n", Age.age);如果超出范围，则直接丢掉了，存不进去。
petter
5年前 (2018-07-26)
petter
don***[email protected]
karma
119***[email protected]
原则一 ：结构体中元素按照定义顺序存放到内存中，但并不是紧密排列。从结构体存储的首地址开始 ，每一个元素存入内存中时，它都会认为内存是以自己的宽度来划分空间的，因此元素存放的位置一定会在自己大小的整数倍上开始。
原则二 ： 在原则一的基础上，检查计算出的存储单元是否为所有元素中最宽的元素长度的整数倍。若是，则结束；否则，将其补齐为它的整数倍。
测试实例：
#include <stdio.h> typedef struct t1{ char x; int y; double z; typedef struct t2{ char x; double z; int y; int main(int argc, char* argv[]) printf("sizeof(T1) = %lu\n", sizeof(T1)); printf("sizeof(T2) = %lu\n", sizeof(T2)); return 0;sizeof(T1) = 16 sizeof(T2) = 24sizeof(T1.x) = sizeof(T2.x) = 1; sizeof(T1.y) = sizeof(T2.y) = 4; sizeof(T1.z) = sizeof(T2.z) = 8;T1: 若从第 0 个字节开始分配内存，则 T1.x 存入第 0 字节，T1.y 占 4 个字节，由于第一的 4 字节已有数据，所以 T1.y 存入第 4-7 个字节，T1.z 占 8 个字节，由于第一个 8 字节已有数据，所以 T1.z 存入 8-15 个字节。共占有 16 个字节。
T2: 若从第 0 个字节开始分配内存，则 T1.x 存入第 0 字节，T1.z 占 8 个字节，由于第一的 8 字节已有数据，所以 T1.z 存入第 8-15 个字节，T1.y 占 4 个字节，由于前四个 4 字节已有数据，所以 T1.z 存入 16-19 个字节。共占有 20 个字节。此时所占字节不是最宽元素（double 长度为 8）的整数倍，因此将其补齐到 8 的整数倍，最终结果为 24。
xkl
923***[email protected]
// 位域内存测试 #include <stdio.h> struct ONE_BYTE unsigned char _bool : 1; unsigned char del_flag : 1; unsigned char status : 4; } one_byte; struct TWO_BYTE unsigned char ccc1 : 4; unsigned char ccc2 : 4; unsigned char ccc3 : 4; unsigned char ccc4 : 4; } two_byte; struct THREE_BYTE unsigned char ccc1 : 4; unsigned char ccc2 : 4; unsigned char ccc3 : 4; unsigned char ccc4 : 4; unsigned char ccc5 : 4; } three_byte; struct FOUR_BYTE unsigned int ccc1 : 16; unsigned int ccc2 : 16; } four_byte; struct EIGHT_BYTE unsigned char ccc1 : 1; unsigned int ccc2 : 1; } eight_byte; int main(int argc, char const *argv[]) printf("sizeof one_byte is : %lu\n", sizeof(one_byte)); printf("sizeof two_byte is : %lu\n", sizeof(two_byte)); printf("sizeof three_byte is : %lu\n", sizeof(three_byte)); printf("sizeof four_byte is : %lu\n", sizeof(four_byte)); printf("sizeof eight_byte is : %lu\n", sizeof(eight_byte)); return 0;输出结果为：
sizeof one_byte is : 1B sizeof two_byte is : 2B sizeof three_byte is : 3B sizeof four_byte is : 4B sizeof eight_byte is : 4B由输出，可以验证以下结论：
（1）结构体内存分配原则：
- 原则一：结构体中元素按照定义顺序存放到内存中，但并不是紧密排列。从结构体存储的首地址开始 ，每一个元素存入内存中时，它都会认为内存是以自己的宽度来划分空间的，因此元素存放的位置一定会在自己大小的整数倍上开始。
- 原则二： 在原则一的基础上，检查计算出的存储单元是否为所有元素中最宽的元素长度的整数倍。若是，则结束；否则，将其补齐为它的整数倍。
（2）定义位域时，各个成员的类型最好保持一致，比如都用char，或都用int，不要混合使用，这样才能达到节省内存空间的目的。
木子李
Li1***[email protected]
// 二进制表示为 1000 有四位，超出 Age.age = 8; printf("Age.age : %d\n", Age.age);
超出范围并不是直接丢弃，而是保留对应的 3 位的值。
比如 8 是 00001000，按照位域，对应 3 位的值是 000，所以打印结果是 0；
但是 9 是 00001001，按照位域，对应 3 位的值是 001，所以打印结果是 1；
同理 10 是 00001010,按照位域，对应 3 位的值是 010，所以打印结果是 2；
Age.age = 9; // 二进制表示为 1001 有四位，超出 printf( "Age.age : %d\n", Age.age ); Age.age = 10; // 二进制表示为 1010 有四位，超出 printf( "Age.age : %d\n", Age.age );
// 以下是 4,7,8,9,10 的打印结果 Sizeof( Age ) : 4 Age.age : 4 Age.age : 7 Age.age : 0 Age.age : 1 Age.age : 2
xuxing
176***[email protected]
sizeof one_byte is:1 sizeof two_byte is:2 sizeof three_byte is:3 sizeof four_byte is:4 sizeof eight_byte is:8讲一下为什么 struct ONE_BYTE ，其 3 个位域都是 char 类型，所以可以按照位的顺序存储（不用分字节）， 1+1+4=6 位，占用 1 个字节。
struct TWO_BYTE ，道理同上， 4+4+4+4=16 位 =2 个字节。
struct THREE_BYTE ，道理同上， 4*5=20 位，占 3 个字节（不足的 4 位补 0）。
struct FOUR_BYTE ，其 2 个位域都是 int 类型，所以可以按照位的顺序存储（不用分字节），一个 int 类型占 4 个字节，刚好 16+16=32 位 =4 个字节。为 int 类型所占字节数的 1 倍（整数倍），所以 sizeof(four_byte)=4 。
struct EIGHT_BYTE ，其 2 个位域为不同的类型，所以它们的位值不能写到一个字节里面（不能按连续字节存储），那么，ccc1 就占第 1 个字节（地址0）的第 1 位；那么再来找 ccc2 存储的字节，因为其为 int 型，而 int 型占用 4 个字节，因此系统默认就要从 4 的整数倍的地址存它，也就是说要么存第 1 到第 4 个字节（地址0-地址3），要么存第 5 到第 8 个字节（地址4-地址7），……，以此类推，但是第 1 个字节（地址0），已经存了 ccc1 了，所以它就只能存第 5 到第 8 个字节，至于其前面的 3 个字节，补0；因此最后判断 eight_byte 占用 8 个字节，最后验证 8 个字节数刚好是 EIGHT_BYTE 结构体中占用最宽字节数的类型（int型）——4个字节的整数倍（2倍），所以就是 sizeof(eight_byte)=8 。
xuxing
1年前 (2022-05-04)
xuxing
176***[email protected]
Ethan
186***[email protected]
@xuxing ，关于最后的 struct EIGHT_BYTE 的所占用内存大小的分析是有误的，unsigned int 类型需要用 4 个字节的内存空间来存储， unsigned char 类型需要 1 个字节的内存空间来存储，但是这里位域使用方面，cc1 和 cc2 都只使用了 1 位，即各占用 1 个 Bit，所以系统按照 cc1 的 unsigned int 类型开辟了 4 个字节来存放这个位域变量，所以最终 sizeof(eight_byte) 的结果应该是 4 才对。
当然你可以尝试将 cc2 的位域占用改成 32，这里由于 4 个字节的空间已经不够存放两个位域变量了，所以就需要按照为 int 类型所占字节数的 2 倍来为其开辟空间，即这里便需要 8 个字节了。
#include <stdio.h>
struct EIGHT_BYTE
unsigned char ccc1 : 1;
unsigned int ccc2 : 32;
} eight_byte;
int main(void)
printf("sizeof eight_byte is : %lu\n", sizeof(eight_byte));
return 0;
得到的结果为：
sizeof eight_byte is : 8
倘若将 cc2 的位域空间改成 31，则这里存储空间大小仍是 4 个字节。
#include <stdio.h>
struct EIGHT_BYTE{
unsigned char ccc1 : 1;
unsigned int ccc2 : 31;
} eight_byte;
int main(void){
printf("sizeof eight_byte is : %lu\n", sizeof(eight_byte));
return 0;
得到的结果为：
sizeof eight_byte is : 4
Ethan Ethan
186***[email protected]
1年前 (2022-08-04)