C语言位域结构体运算

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    今天遇到一个关于C语言位域运算的问题，自己写代码试了一下，在Linux的gcc下编译运行了一下，大概了解了C语言位域运算在gcc下的编译运行情况。
    位域结构体是C语言里为了节约空间而设置的一种特殊的结构体，它的定义类似于普通结构体，只不过，它的每一个成员并不占有一个完整的普通类型结构，比如char，int，short等，而是占有上述结构体中的几bit宽度，定义如下所示：

typedef struct bithead {
    unsigned char a:5;
    unsigned char b:3;
}bithead_t;

    在上面的定义中，成员a占有char中5bit，b占有char中3bit。
    位域定义不能跨“结构”，这个“结构”指的是成员的类型结构，比如上面的bithead结构体里，因为成员是char类型，所以如果b定义的位为5，则需要从下一个char开始，最典型的如下所示：

typedef struct bithead {
    unsigned char a:5;
    unsigned char b:5;
    unsigned char c:5;

}bithead_t;

    上面的结构，因为如果b的前3位跟a放在一个char里的话，后面的2位跟c放在一个char里的话，这个结构体的size应该是2，但运行之后发现长度为3，因此，其实b和c都是放在一个新的char结构里的，因为成员不能“跨”结构。
    但是，另一种情况下，是可以“跨”的，如下所示：

typedef struct bithead {
    unsigned char a:5;
    unsigned int  b:5;
    unsigned char c:5;

}bithead_t;

    大家本能地想，这个结构长度应该是6，而实际上却是4，为什么呢，我理解应该是这样的，就是这个结构体里以最大的类型作为基础类型，因为上面有一个成员b是int型的，长度为4，那么，它不允许“跨”4字节，但是可以“跨”1字节，所以，上面的a和下面的c都可以放进一个int型结构里，所以上面的结构总长度仍为4，可能有人会认为，至少上面的char不能放到下面的b的int型里，下面的char应该可以放进上面的int型结构里，但事实确实是上面的char也放到了int型结构里。
    所以网上有人说不能“跨”字节，我觉得这种说法可能不对，应该是不能“跨”最大的结构，再比如下面的结构：

typedef struct bithead {
    unsigned int a:19;
    unsigned int b:15;
    unsigned int c:18;

}bithead_t;

    上面的结构体长度为12，占用了3个int长度，因为下面的b如果放到上面的int中，超过了一个int，所以必须要放在一个新的int结构里，同样，c也需要放在一个新的int结构里，所以一共需要3个int结构。
    再看下面的结构体：

typedef struct bithead {
    unsigned short a:7;
    unsigned short b:3;
    unsigned short c:6;

}bithead_t;

    这个结构体长为2，其实中间的成员b的3位是“跨”了字节的，但是没有关系，因为它们三个成员是在一个short中，所以是可以放进一个short里的。
    总结以上的结论，C语言中的位域结构，是以结构体中的最大成员类型为基本结构对齐的。只要不“跨”最大的结构类型，就是可以放到一个结构里的。
    下面再看一个数据是怎么放进一个位域结构体中的，看下面的程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

typedef struct bithead{
    unsigned short a:5;
    unsigned short b:5;
    unsigned short c:5;
}bithead_t;

void main(int argc, char* argv[])
{
    bithead_t value;
    printf("Sizeof bithead_t:%ld\n", sizeof(value));
    memcpy((char*)&value, "ab", 2);
    printf("a:0x%02x b:0x%02x c:0x%02x\n", value.a, value.b,value.c);
    
    return;
}

输出结果为：
Sizeof bithead_t:2
a:0x01 b:0x13 c:0x18
为什么是0x01，0x13和0x18呢，因为a的ascii码为10进制的97,b的ascii码为98，二进制分别是：
01100001,01100010
因为主机字节序为little-end小端字节序，所以前面的字符“a”是放在低地址，后面的字符"b"是放在高地址。
而在上面的结构体里，从a到c是从低到高位的，所以拷贝的结果是：
01100010 01100001
如下图所示：

 转换成16进制，就是上面的结果：
a为0x01，b为0x13，c为0x18
因为我们的自然数都是高位在左，低位在右的，所以上面的图中，我们把低位写在右边，而小端字节序是低位写在低地址，高位写在高地址，而结构体中的成员是前面是低地址，后面是高地址，从前到后排的，这样就更容易理解了。

[转自本人网易博客，原作时间：2017-02-21 20:38:14]

C语言位域结构体运算

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原文地址：https://www.cnblogs.com/lrcsangel/p/14856844.html