C语言学习笔记(14)

1. 位域

我们来看一个表示日期的结构体：

typedef struct
{
    unsigned int year;
    unsigned int month;
    unsigned int day;
}MyDate;

但是我们可以发现，其实year最大也不会超过四位数，month也就是12，而day最大也就是31。但是我们在上述的结构体中，却为其分配了4*3=12字节的内存，是不是很浪费呢？

C语言为了解决这个问题，提出了一个概念，叫位域。看段代码：

typedef struct
{
    unsigned int year:7;
    unsigned int month:4;
    unsigned int day:5;
}MyDate;

这个的意思是，我为结构体中的每一个字段分配指定的位数，比如，我为year分配了7位。这样就有效地节省了内存。

网上有着有限的几篇关于位域的文章，我觉得在CSDN的一个帖子中，对于关于位域分配内存的情况说的最为详细，原封不动地拿下来了：

C99规定int、unsigned   int和bool可以作为位域类型，但编译器几乎都对此作了扩展，
允许其它类型类型的存在。
使用位域的主要目的是压缩存储，其大致规则为：
1)   如果相邻位域字段的类型相同，且其位宽之和小于类型的sizeof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；
2)   如果相邻位域字段的类型相同，但其位宽之和大于类型的sizeof大小，则后面的字
段将从新的存储单元开始，其偏移量为其类型大小的整数倍；
3)   如果相邻的位域字段的类型不同，则各编译器的具体实现有差异，VC6采取不压缩方
式，Dev-C++采取压缩方式；
4)   如果位域字段之间穿插着非位域字段，则不进行压缩；
5)   整个结构体的总大小为最宽基本类型成员大小的整数倍。

2. 再谈联合体

在之前，我们谈到过使用联合体来节约内存空间，但是联合体也经常被用于一个其他的目的：从两个或更多的角度去看待内存块。

例如：

union int_Date
{
    int i;
    MyDate dt;
};

在上面的程序中，我们就可以用两种视角（整数视角和日期视角）来看待一个数据。

我们知道，在X86的机器中，我们常常会用到4个16位寄存器，这四个16位寄存器又可以分成8个8位的寄存器。例如，当我们改变ax的时候，其实al和ah也同时发生了改变，那么我们可以把这个关系用联合体来表示。

typedef union 
{
    struct 
    {
        short ax,bx,cx,dx;
    }word;
    struct
    {
        char al,ah,bl,bh,cl,ch,dl,dh;
    }byte;
}Regs;

int main (void)
{
    Regs regs;
    regs.byte.ah=0x12;
    regs.byte.al=0x34;
    printf("%x",regs.word.ax);
    return 0;
}

3. volatile限定符

volatile告诉编译器，这段内存空间所存储的值是易变的。volatile通常用于指向易变内存空间的指针。有个例子我觉得非常恰当。

我们假设*p指向的内存空间用于存放用户通过键盘所输入的字符，然后我们读取到这个字符，再将其放入到一个数组中。

但是一些优秀的编译器会发现，在这个过程中，p和*p都未被程序显式地改变，这样编译器就会对其作出优化，使*p只被取一次，这样就读入了数组中一些重复的数据，这明显不是我们想要的。

但是当我们在*p前加上volatile限定符，其实就是在告诉编译器，不要对该段程序进行优化，因为这段程序是易变的，每次的读取都要从内存中去重新取得。

在C#中也有volatile关键字，目的也是一样，volatile关键字代表某个变量可能会被多个并发的线程进行修改，所以通知编译器不要对其进行优化，这样就能保证每次取出来的值不是被缓存的，而是最新的值。