位域操作

看runtime源码时，看到如下声明变量的，变量后分号前加冒号和数字": 数字"即为位域操作。

uintptr_t indexed           : 1;

 

1个字节包含8位，有些变量保存的数据不需要占用这么长的空间（比如bool类型，只有两个状态true和false, 1位就可以搞定，剩下的7位就浪费了），这就催生了“位域”结构，位域将1个字节划分成不同的区域，每个区域都有个位域名（可以理解为变量名，上边的代码中位域名为indexed），程序员可以代码通过位域名访问其中的数据。

 

一. 声明

类型说明符 位域名:位域长度;

 

位域结构体，我理解是一种特殊的结构体，其成员变量都是位域，声明如下

 

struct 位域结构名 
{

　　类型说明符 位域名:位域长度;

　　类型说明符 位域名:位域长度;

　　类型说明符 位域名:位域长度;
　　...

　　类型说明符 位域名:位域长度;

};

  

二. 基本原则

1. 位域变量的长度不能大于其类型的长度(sizeof(类型) * 8)

变量char has_assoc的类型位char 1字节 8位，小于定义的10，所以编译器警告

 

2.  不能用于位域字段的操作：取地址操作符&，取偏移量操作

位域是若干位空间，是没有地址的

 

 

3. 位域可以是无名位域，无名位域只能用作填充或调整位置，不能使用。如下图结构体S007的最后一个变量就是无名位域，无法使用

 

4. 位域字段不能声明为类的静态成员

 

5. 位域结构体的大小必须是其最长基本类型大小的整数倍(sizeof(类型) * 8)

 

三. 内存分配规则

1. 判断大小端，以我自己的机子为例，不同环境下有可能不同

 

定义联合体U007和位域结构体S007，将U007实例u7的number赋值31，二进制为 | 0000 0000 | 0000 0000 | 0000 0000 | 0001 1111 |，根据存储原则，数值都是从高地址往低地址读，因此位域结构体S007中的位域变量是从低地址开始分配内存的，即

 

2. 位域变量类型相同

位域变量长度之和小于[sizeof(变量类型)*8], 则后面的位域字段将紧邻前一个字段存储, 直到不能容纳为止

位域变量长度之和大于[sizeof(变量类型)*8], 则后面的位域字段将从下一个存储单元的起始地址处开始存放（其偏移量恰好为sizeof(变量类型)的整数倍）

 

位域结构体S007的3个成员变量都是unfigned short类型，sizeof(unfigned short)*8 = 16位，

a0占1位，从起始地址分配1位；

a1占9位，a0+a1=10位，小于16位(sizeof(unfigned short)*8)，因此a1在a0后连续分配9位；

a2占15位，(a0 + a1) + a2 = 25位，大于16位，因此跳过6位，在S007起始地址偏移量为16位的地方，给a2分配15位。

再次提醒：小端是分配内存地址时从低地址开始，但是变量的数值是从高地址往低地址读

 

3. 位域变量类型不同时，各个编译器的具体实现有差异,VC6采取不压缩方式,GCC和Dev-C++都采用压缩方式，以下是我自己机子的处理方式

 

位域结构体S007的前2个成员变量unfigned char类型(sizeof(unfigned char)*8 = 8位)，后一个成员变量unfigned short(sizeof(unfigned short)*8 = 16位)

 

a占2位，从起始地址分配2位；

b占3位，a+b=5位，小于8位(sizeof(unfigned char)*8，b的类型是unfigned char)，因此b在a后连续分配3位；

c占15位，(a + b) + c = 20位，大于16位(sizeof(unfigned short)*8，c的类型是unfigned short)，因此跳过11位，在S007起始地址偏移量为16位的地方，给c分配15位。

 

有上图可以看出，在我的机子上，如果位域变量的类型不同，仍会进行内存压缩（如果需要跳位，判断哪个位域变量，就用该变量的类型进行偏移量对齐判断）

 

 4. 如果位域变量之间穿插着非位域变量, 则不进行压缩

非位域变量也可以理解为特殊的位域变量，只不过占的位数是变量长度，即 类型 位域名 : sizeof(类型)*8

根据规则3，则无法进行内存压缩

 

位域结构体S007的第2个成员变量char tmp;是非位域变量，转成位域变量为 char tmp:8;

 

a占2位，从起始地址分配2位；

tmp占8位，a+tmp=10位，大于8位(sizeof(char)*8，tmp的类型是char)，因此跳过6位，在S007起始地址偏移量为8位的地方，给tmp分配8位；

b占3位，在tmp后给b分配3位。

 

 

5. 上边举的例子中参数都是unsigned标识的，如果带上符号位会是什么情况呢？

关于带符号基本类型变量在内存中存储方式，请看这里http://www.cnblogs.com/xieyajie/p/8125214.html

 

位域结构体S008定义了2个带符号位域变量，a0占2位，a1占3位

a0是带符号short类型，内存中保存的是补码11，首位符号位为1，负数，推出源码为11，转为十进制为-1；

a1是带符号short类型，内存中保存的是补码001，首位符号位为0，正数，源码为001，转为十进制为1。

 

如果a0只占1位会怎么样？从测试结果可以看出，这1位几十符号位，也是数值位