C语言结构体位域简单介绍

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1 结构体简单介绍
2 结构体的内存对齐
3 结构体位域

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这几天看到一个有趣的结构体，之前没有见过，稍微了解了一下，顺便记录一下

以下例子均在32位操作系统操作

1 结构体简单介绍

在C语言中，每种类型的变量都会占用一定的字节数，以下面几种为例

char	1B
int	4B
double	8B

结构体简单将就是，用户自定义的复合数据类型，一个结构体中可以包含多种数据类型，最为常见的例子，就是学生信息表

结构体的声明方式如下

struct 结构体名称{
    
    类型 成员1；
    类型 成员2；
     
    ...
};

那么问题来了，结构体可以包含多种数据类型，那一个定义好的结构体会占用多少字节

比如下面这个例子

#include <stdio.h>

struct example{
	int a;
	int b;
	double c;
};

int main () {
	
	printf("Size of example is %0d\n", sizeof(struct example));
	return 0;
}

在main函数中用sizeof打印一下结构体占用的字节数

先猜一下，int占4B，double占8B，计算下来应该是16B，来看运行结果

运行结果与预期相符

2 结构体的内存对齐

在CPU的存取的方式是以32bit（4 byte）为一次存取，也就是说，无论给定的data位宽为多少，CPU一次固定存取的位数固定为32bit

如果有数据超过32bit，CPU则会分多次存取

以下图为例，绿色的方框代表32bit

char的长度是1byte，2个char型变量共2 byte，没有超过32bit，所以CPU可以一次存取，因此这两个char型变量的地址偏移是连续的

下面用代码佐证

#include <stdio.h>

struct example{
	char a;
	char b;
	
};

int main () {
	
	struct example p1;
	
	printf("a: %0d\n", (size_t)&p1.a);
	printf("b: %0d\n", (size_t)&p1.b);
	return 0;
}

仿真结果如下

可以看到，地址偏移数增加1

这里强调一下，在计算机的地址中，是以byte为单位的

接下来换个图

就像这样，如果在char后紧接着是一个int变量，那么此时结构体总共占用多少字节，int的地址偏移又是多少

#include <stdio.h>

struct example{
	char a;
	int b;
	
};

int main () {
	
	struct example p1;
	
	printf("\tSize of example is %0d\n", sizeof(p1));
	printf("\ta: %0d\n", (size_t)&p1.a);
	printf("\tb: %0d\n", (size_t)&p1.b);
	return 0;
}

先来猜测一下，如果不考虑内存对齐的因素，char占1 byte，int占4 byte，那结构体总的长度应该是5 byte

结果如下

可以看到二者的地址偏移并不是连续的，变量b的起始地址在a的下一个4 byte（地址偏移是负数）

并且，此时结构体的总长度是8 byte

3 结构体位域

下面来介绍一下结构体位域

结构体位域是用来将内存扣到极致的东西，在结构体位域中，可以自定义每个变量的位宽，并且是以bit为单位的

#include <stdio.h>

struct example{
	 char  a : 5;
	 char  b : 3;
	
};

int main () {
	
	struct example p1;
	
	printf("\tSize of example is %0d\n", sizeof(p1));
	return 0;
}

在位域中，重新定义了a占 5 bit ，b占3 bit，那么整个结构体总共8bit，也就是1 byte

如果没有指定位域呢

#include <stdio.h>

struct example{
	 char  a ;
	 char  b ;
	
};

int main () {
	
	struct example p1;
	
	printf("\tSize of example is %0d\n", sizeof(p1));
	return 0;
}