C语言的Bit fields

C语言给我们提供了几个基本的数据类型，比如char（8位），short（16位），int（32位），long long（64位）。然而实际应用中，这些数据类型的变量一般都不会“存满”，这样从信息存储的效率的角度上讲，这是一种“浪费”。好在C语言在结构体中引入了Bit fields这种数据结构，可以在一定程度上减小结构体的大小，提高内存使用效率。

Bit fields可以指定某个结构体变量所占用的位数（指定的位数必须比小于等于这个变量的数据类型占用的位数），从而达到减少使用空间的目的。

书写格式为：

struct 位域结构名

{

　　位域列表

};

其中位域列表的形式为：

 类型说明符 位域名：位域长度;

例如：

struct time{
     int day:5,
      mouth:4,
      year:14;
};

在这里，day这个变量所占用的空间就是5位，mouth是4位，year位14位。

 这里我们假设要通过定义结构体来表示日期，我们来试一下使用Bit fields可以节约多少空间。

因为一个月最多只有31天，所以用5bit就可以表示这个信息。

同理，月数需要4bit，年数（假设四位数，0-9999）需要14bit。

#include <cstdio>

struct time{
    int day:5,
    mouth:4,
    year:14;
};
struct time2{
    int day,
    mouth,
    year;
};

int main()
{
    time now;
    time2 now2;
    now.day=3;
    now.mouth=1;
    now.year=2016;
    now2.day=3;
    now2.mouth=1;
    now2.year=2016;
    printf( "%d %d %d\n",now.year,now.mouth,now.day );
    printf( "%d %d %d\n",now2.year,now2.mouth,now2.day );
    int structsize=sizeof( now );
    printf( "the size of struct time is %d\n",structsize );
    int structsize2=sizeof( now2 );
    printf( "the size of struct time2 is %d\n",structsize2 );
    return 0;
}

运行结果为

从中可以看出，Bit fields确实可以压缩结构体的大小，这个存储时间信息的结构体便可以压缩到平时（普通int定义）大小的1/3.这在一些算法以及大型软件开发中会有很大用处。

然而。。我通过发现Bit fields定义的不同变量类型的结构体依然还是会遵循内存对齐。。所以Bit fields也就只能对只有相同的结构体变量的结构体起作用了。。

#include <cstdio>

struct bit{
   char x:2;
   int y:6;
   long long z:10;
};
int main()
{
    bit t;
    int structbit=sizeof( t );
    printf( "the size of struct structbit is %d\n",structbit );
    return 0;
}

运行结果：

这个结构体占用的空间依然是遵循内存对齐的4+4+8=16字节