位结构解析

一、首先说概念：
位结构是一种特殊的结构, 在需按位访问一个字节或字的多个位时, 位结构比按位运算符更加方便。
位结构定义的一般形式为:
struct 位结构名{
数据类型 [变量名]: 整型常数; //成员称为“位域”或者“位段”
数据类型 [变量名]: 整型常数;
} 位结构变量;
其中: 数据类型必须是整型(int/char/short)。 整型常数的范围是数据类型的长度, 如定义为short，则范围是1~16。
变量名是选择项, 可以不命名, 这样规定是为了排列需要。
例如: 下面定义了一个位结构。
struct webpage{
unsigned char incon: 8; /*incon占用低字节的0~7共8位*/
unsigned char txcolor: 4;/*txcolor占用高字节的0~3位共4位*/
unsigned char bgcolor: 3;/*bgcolor占用高字节的4~6位共3位*/
unsigned char blink: 1; /*blink占用高字节的第7位*/
}ch;
printf("%dn",sizeof(struct webpage));输出：2。
位结构成员的访问与结构成员的访问相同。
例如: 访问上例位结构中的bgcolor成员可写成:
ch.bgcolor
注意:
1. 一个位域必须存储在定义它的一个数据类型内部，不能跨跨该数据类型。如char定义的位域所剩空间不够存放另一位域时，应从下一单元起存放该位域。也可以有意使某位域从下一单元开始。
2.由于位域不允许越过定义它的数据类型，因此位域的长度不能大于定义它的数据类型的长度。
3. 位结构总长度(位数), 是各个位成员定义的位数之和再向最大结构成员对齐。
4. 位结构成员可以与其它结构成员一起使用。
例如:
struct info{
char name[8];
int age;
struct addr address;
float pay;
unsigned char state: 1;
unsigned char pay: 1;
}workers;
上例的结构定义了关于一个工人的信息。其中有两个位结构成员, 每个位结构成员只有一位, 用unsigned char数据类型，因此只占一个字节但保存了两个信息, 该字节中第一位表示工人的状态, 第二位表示工资是否已发放。由此可见使用位结构可以节省存贮空间。
二、再说说位结构的位域存储顺序问题
我们知道字节存储顺序有高字节优先的big-endian大端存储法（高字节数据放在低字节地址处）和低字节优先的little-endian小端 存储法，无论使用大端法还是小端法，都不存在技术原因，只是涉及到处理器厂商的立场和习惯。INTEL的X86平台使用小端法，IBM、 Motorola、Sun Microsystem的大多数微处理器则使用大端法，还有部分微处理器可以由用户自己设置是使用大端法还是小端法，如ARM、MIPS、PowerPC 等。
位域在存储时的顺序和它的编译器有关，一般是先申请的放在低位。程序举例如下：
#include "stdio.h"
void main()
{
union
{
struct student
{
unsigned char s1:1;
   unsigned char s2:3;
}x;
unsigned char c;
}v;
v.c=0;
v.x.s1=0;
v.x.s2=4;
printf("%dn",v.c);
printf("%dn",sizeof(struct student));
}
输出：
8
1
即结构体成员申请是按照顺序从低地址开始。所以上边结构体v在内存中数据的排列顺序为
    s1 s2
    |0| 0|0|1| 0|0|0|0| （1个字节，因为是unsigned char类型）
低地址       高地址

s1放着0
s2放着4（二进制100），在内存里由低到高为“|0|0|1|”。
所以v.c为二进制00001000，即十进制8。
同时，因为s1占一个位，s2占三个位，而两者都是unsigned char型，且最大的数据类型也就是unsigned char型，一个字节足够放下s1和s2了。所以我们看到struct student的大小为1个字节。
如果从先申请的放在高字节，则上边的输出为
           s2 s1
0000 |001 |0
即输出应该是：
64
1
网上有人说TURBO C是采用这种方式，我没试过。
三、位结构的位对齐问题
位结构的其实不存在位对齐问题，即位不需要对齐。其他方面，位结构和一般结构体类似，遵循结构体的对齐原则，
#include "stdio.h"

void main()
{
union
{
struct student
{
   unsigned char s1:1;
unsigned char s2:2;
   unsigned char s3:2;
}x;
unsigned char c;
}v;
v.c=0;
v.x.s1=0;
v.x.s3=2;
printf("%dn",v.c);
printf("%dn",sizeof(struct student));
}
输出结果是：
16
1
因为它只按整体对齐，所以为
s1s2s3
0 0001000
即二进制00010000等于十进制16，而不是
s1s2    s3
0 00 0 01 00
再举一个位结构体的例子
#include "stdio.h"
void main()
{
union
{
struct student
{
   unsigned char s1:1;
unsigned char s2:2;
   unsigned short s3:2;
}x;
unsigned short c;
unsigned int d;
}v;
v.d=0;
v.x.s1=0;
v.x.s3=2;
printf("%dn",v.d);
printf("%dn",sizeof(struct student));
}
输出为：
131072
4
131072=(10 00000000 00000000)b
因为遵循结构体对齐原则，s3跳过了2个字节。
s1                   s2             s3
0 00 00000| 00000000| 01