C位字段简单总结

爱被打了一巴掌 2022-06-05 08:42 155阅读 0赞

**About…**  
C里面的位字段十分有用和强大，想位操作符一样，也是一种直接对数据位operator的一种方法。在《C Primer Plus》一书中，对位字段的解释十分具体和彻底。这里主要对书中内容做一些摘要和总结。

**位字段！What？**  
位字段（bit field）是一个unsigned int或signed int中一组相邻的位。位字段由一组声明结构建立，该结构声明为每个字段提供标签，并且决定字段的宽度。个人理解就是把一个int型拆成以‘位’位单位的字段来用。

**建立位字段的几种格式**

struct box_props {
        unsigned int opaque             : 1;
        unsigned int fill_color         : 3;
        unsigned int                    : 4;
        unsigned int show_border        : 1;
        unsigned int border_color       : 3;
        unsigned int border_style       : 2;
        unsigned int                    : 2;
        unsigned int                    : 0;
    };

上面的代码定义格式并不统一。  
（1）unsigned int opaque : 1;建立了一个宽度为1位（已经是最小了！）的字段，并且他的标签是opaque(就是name，以后可以通过它来使用这个位)；  
（2）unsigned int fill\_color : 3;这个类比第一个就是宽度变大了，是占3个bit的字段。  
（3）unsigned int : 4;这个有些奇怪。竟然没有tag，那怎么用？当然这个是没法用的，只是为了占4个位置（bit）。有时候你定义了28个字段，但是一个int型通常是32位，这时候就会在这个int内存中留下一个4位的‘洞’，是不是就可以用这种定义填充呢！  
（4）unsigned int ： 0；这个更奇怪，连宽度都没有是什么意思？！ 可以这样想：一个int是4个字节组成，也就是32位，加入你定义了一系列的字段，当字段的累计宽度超过了32位，这个时候就应该有一种处理的方式：那将会使用下一个unsigned int的存储位置。不允许一个字段跨越两个unsigned int之间的边界。编译器会自动的移位一个这样的字段定义，使字段按unsigned int边界对齐。**使用一个宽度为0的未命名的字段迫使下一个字段与下一个整数对齐！**

**十分注意！**  
*（引自原文）一个重要的机器依赖性是将字段放置到一个int中的顺序。在有些机器上，这个顺序是从左向右，另一些机器上是从右向左。不同机器在两个字段间边界位置上也有区别。由于这些原因，位字段往往难以移植！典型的，把他们用于不可移植的用途，例如按照某个特定硬件设备所使用的确切格式来存放数据。*

**一个凸显位字段应用优势的代码示例**  
位字段占用空间十分小，并且取值只有0 和 1，这就可以用来做许多事，例如你可以规定0是关，1是开，那么他就可以当一个开关。又如在设计一个窗体的时候，是否透明、二选一的style等都是只需要两个状态标志，那么位字段会使得存储的这些数据更加紧凑。另外，在选择窗体的颜色、边框颜色等虽然有多种颜色，依旧可以用稍宽一点的位字段来标记（如有8中颜色那么可以定义宽度为3的位字段：000、001、010、011、100、101、110、111）没错！就是数组电路那一套东西，这不就是C和底层如此接近的原因吗！  
窗体设计代码演示：

/*
    *C的位字段使用实例
    *借助位字段设计一个窗体的属性盒子
    */
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    
    //是否透明可见
    #define YES     1
    #define NO      0
    //边框线的样式
    #define SOLID   0
    #define DOTTED  1
    #define DASHED  2
    //三原色
    #define BLUE    4
    #define GREEN   2
    #define RED     1
    //混合颜色
    #define BLACK   0
    #define YELLOW  (RED | GREEN)
    #define MAGENTA (RED | BLUE)
    #define CYAN    (GREEN | BLUE)
    #define WHITE   (RED | GREEN | BLUE)
    const char* colors[8] = { "black", "red", "green", "yellow",
    "blue", "magenta", "cyan", "white" };
    //基于位字段的窗体属性结构体
    struct box_props {
        unsigned int opaque             : 1;
        unsigned int fill_color         : 3;
        unsigned int                    : 4;
        unsigned int show_border        : 1;
        unsigned int border_color       : 3;
        unsigned int border_style       : 2;
        unsigned int                    : 2;
    };
    
    //函数声明
    void show_settings(const struct box_props *pb);
    
    int main()
    {
        //创建和初始化属性盒
        struct box_props box = {YES, YELLOW, YES, GREEN, DASHED};
    
        printf("原始属性盒子的设置是：\n");
        show_settings(&box);
    
        //通过位字段修改属性盒子并输出
        box.opaque = NO;
        box.fill_color = WHITE;
        box.border_color = MAGENTA;
        box.border_style = SOLID;
    
        printf("更新后的属性盒子设置是：\n");
        show_settings(&box);
    
        system("pause");
        return 0;
    }
    
    void show_settings(const struct box_props *pb) {
        printf("Box is %s.\n", 
            pb->opaque == YES ? "opaque" : "transparent");
        printf("The fill color is %s.\n", colors[pb->fill_color]);
        printf("Border %s.\n", 
            pb->show_border == YES ? "shown" : "notshown");
        printf("The border color is %s.\n", colors[pb->border_color]);
        printf("The border style is");
        switch (pb->border_style) {
        case SOLID:  printf("solid.\n");break;
        case DOTTED: printf("dotted.\n"); break;
        case DASHED: printf("dashed.\n"); break;
        default:     printf("unknown type.\n"); break;
        }
    }

**启示**  
从代码中很明显可以看出位字段与普通变量的用法很相似：

> 初始化位字段结构体和初始化普通结构体一样。  
> 可以为位字段赋值。  
> 可以把位字段作为switch语句的表达式。  
> 位字段可以作为数组的下标索引。  
> 位的编号是从0开始的，和数组的索引性质一般。

把位字段和位运算符用好，对一些算法的实现很有帮助！但是二者在实现同一目的的过程，差别是巨大的，在不同的情况下使用不同的方式对于书写代码有很大的帮助。希望大家可以有所收获！

参考书目：《C Primer Plus》第五版