解码C语言位字段

位字段的定义

位字段允许在结构体中按 位（bit） 为单位分配成员空间，用于紧凑存储布尔标志或小范围整数值，节省内存。常用于硬件寄存器操作、协议数据解析等场景。

位字段的语法

基本声明

struct 结构体名 {
    类型 成员名 : 位宽;
};

• 类型：必须为整型（int、unsigned int、signed int）或兼容类型（如 _Bool）。
• 位宽：指定成员占用的位数（1~32，取决于类型长度）。

示例

// 定义一个状态寄存器的位字段
struct StatusRegister {
    unsigned int error_flag : 1;// 1位：错误标志（0/1）
    unsigned int mode : 3;// 3位：模式（0~7）
    unsigned int reserved : 4;// 4位：保留位
    unsigned int value : 8;// 8位：数值（0~255）
};

位字段的内存布局

存储单元分配

• 编译器将位字段按 存储单元 分组
• 当多个位字段总位数不超过存储单元时，连续存放；否则开启新存储单元

内存对齐示例

#include <stdio.h>

// 位域结构体示例（基于unsigned int的存储单元分配）
struct Example {
    unsigned int a : 4;  // 占用4位，存储在第1个unsigned int单元（32位）
    unsigned int b : 5;  // 占用5位，继续存储在第1个单元（累计使用9位，剩余23位）
    unsigned int c : 20; // 占用20位，第1个单元剩余23位足够容纳，累计使用29位
};

int main() {
    // 输出结构体大小（32位系统下为4字节，64位系统下通常也为4字节，取决于编译器实现）
    printf("struct Example大小: %zu 字节\n", sizeof(struct Example));
    return 0;
}

/*
存储分配说明：
1. 基础类型为unsigned int（32位，4字节），所有位域在该类型的存储单元中分配
2. 分配逻辑：
   - a:4 占用第1个单元的4位，剩余28位
   - b:5 占用第1个单元的5位，剩余23位
   - c:20 占用第1个单元的20位，剩余3位（未使用）
3. 总占用：1个unsigned int单元（4字节），无需开启新单元
4. 结构体大小：4字节（32位系统）
*/

小端存储：低位数据保存到低地址空间

struct S {
    unsigned char bit0 : 1;
    unsigned char bit1 : 1;
    unsigned char bit2 : 1;
    unsigned char bit3 : 1;
    unsigned char bit4 : 1;
    unsigned char bit5 : 1;
    unsigned char bit6 : 1;
    unsigned char bit7 : 1;
    //bit不能进行取地址操作
};
int main()
{
		struct S *p = NULL;
		unsigned char num = 0x12; //0001 0010
		p = (struct S *)#
		/*
		0      0      0      1      0      0      1      0
		bit7   bit6   bit5   bit4   bit3   bit2   bit1   bit0
		*/ 
}