学点 C 语言(27): 数据类型 - 结构中的 "位字段"

所有基础的数据类型, 最大的也不过 10 个字节;
我们可以自定义的数据类型 -- "结构", 通过把若干类型组合在一起, 让一种类型可以大很多.

我们知道, 一个字节有八个 Bit 组成; 能否把一种类型缩小、缩小到 Bit 级?
结构中的 "位字段" 是以 Bit 为单位的, 这已经是计算机的最小单位, 大小是 char 类型的 1/8.

下面的例子中定义的位字段, 分别有 1-4 Bit 大小; 1 Bit 的字段只能放两个数(0、1), 4 Bit 的字段也只能放下 16 个数:

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1. 结构体可以包含位字段:

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#include <stdio.h>

int main(void)
{
    struct Bit {
        unsigned a: 1; /* 1 Bit, 取值范围: 0 - 1  */
        unsigned b: 2; /* 2 Bit, 取值范围: 0 - 3  */
        unsigned c: 3; /* 3 Bit, 取值范围: 0 - 7  */
        unsigned d: 4; /* 4 Bit, 取值范围: 0 - 15 */
    } B;

    B.a = 1;
    B.b = 3;
    B.c = 7;
    B.d = 15;

    printf("%d, %d, %d, %d\n", B.a, B.b, B.c, B.d);

    getchar();
    return 0;
}

上例中, 位域的类型被指定为是无符号的整型(unsigned int), 我试着只要是整型都可以, 但要一致.

假如我们定义 8 个字段, 每个字段都是 1 Bit, 就可以很好地明细一个字节, 譬如:
11111111B = 255;
00000001B = 1;
00001111B = 15;
01111111B = 127;

下面的例子用程序对上面的说明做了落实:

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2. 用 8 个 Bit 构成一个 unsigned char 数:

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#include <stdio.h>

int main(void)
{
    struct Bit {
        int b8: 1;
        int b7: 1;
        int b6: 1;
        int b5: 1;
        int b4: 1;
        int b3: 1;
        int b2: 1;
        int b1: 1;
    } B;
    
    unsigned char *p = NULL;

    B.b1 = 1; B.b2 = 1; B.b3 = 1; B.b4 = 1; B.b5 = 1; B.b6 = 1; B.b7 = 1; B.b8 = 1;
    p = (unsigned char *)&B;
    printf("%d\n", *p);  /* 255 */

    B.b1 = 0; B.b2 = 0; B.b3 = 0; B.b4 = 0; B.b5 = 0; B.b6 = 0; B.b7 = 0; B.b8 = 1;
    p = (unsigned char *)&B;
    printf("%d\n", *p);  /* 1   */

    B.b1 = 0; B.b2 = 0; B.b3 = 0; B.b4 = 0; B.b5 = 1; B.b6 = 1; B.b7 = 1; B.b8 = 1;
    p = (unsigned char *)&B;
    printf("%d\n", *p);  /* 15  */

    B.b1 = 0; B.b2 = 1; B.b3 = 1; B.b4 = 1; B.b5 = 1; B.b6 = 1; B.b7 = 1; B.b8 = 1;
    p = (unsigned char *)&B;
    printf("%d\n", *p);  /* 127 */

    getchar();
    return 0;
}

3. 包含位字段的结构和其他结构没有区别, 譬如同时包含其他类型的字段:

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#include <stdio.h>

int main(void)
{
    struct Bit {
        unsigned b1: 1;
        unsigned b2: 1;
        float f;
    } B;
    
    B.b1 = 0;
    B.b2 = 1;
    B.f = 3.14;
    
    printf("%d, %d, %g\n", B.b1, B.b2, B.f); 

    getchar();
    return 0;
}