位段

位域

位段，C语言允许在一个结构体中以位为单位来指定其成员所占内存长度，这种以位为单位的成员称为“位段”或称“位域”( bit field) 。利用位段能够用较少的位数存储数据。

定义

信息的存取一般以字节为单位。实际上，有时存储一个信息不必用一个或多个字节，例如，“真”或“假”用0或1表示，只需1位即可。在计算机用于过程控制、参数检测或数据通信领域时，控制信息往往只占一个字节中的一个或几个二进制位，常常在一个字节中放几个信息。

性质

位段（或称“位域”，Bit field）为一种数据结构，可以把数据以位的形式紧凑的储存，并允许程序员对此结构的位进行操作。这种数据结构的好处：

而位域这种数据结构的缺点在于，其内存分配与内存对齐的实现方式依赖于具体的机器和系统，在不同的平台可能有不同的结果，这导致了位段在本质上是不可移植的。

例子

在C语言中，位段的声明和结构（struct）类似，但它的成员是一个或多个位的字段，这些不同长度的字段实际储存在一个或多个整型变量中。在声明时，位段成员必须是整形或枚举类型（通常是无符号类型），且在成员名的后面是一个冒号和一个整数，整数规定了成员所占用的位数。位域不能是静态类型。不能使用&对位域做取地址运算，因此不存在位域的指针，编译器通常不支持位域的引用（reference）。以下程序则展示了一个位段的声明：

以下程序展示了一个结构体的声明：

第一个声明取自一段文本格式化程序，应用了位段声明。它可以处理256个不同的字符（8位），64种不同字体（6位），以及最多262,144个单位的长度（18位）。这样，在ch1这个字段对象中，一共才占据了32位的空间。而第二个程序利用结构体进行声明，可以看出，处理相同的数据，CHAR2类型占用了48位空间，如果考虑边界对齐并把要求最严格的int类型最先声明进行优化，那么CHAR2类型则要占据64位的空间。

无名位域

如果位域的定义没有给出标识符名字，那么这是无名位域，无法被初始化。无名位域用于填充（padding）内存布局。只有无名位域的比特数可以为0。这种占0比特的无名位域，用于强迫下一个位域在内存分配边界对齐。

实现

通常在大端序系统（如PowerPC），安排位域从最重要字节（most-significant byte）到最不重要位（least-significant byte），在一个字节内部从最重要位（most-significant bit）到最不重要位（least-significant bit）；而在小端序系统（如x86），安排位域从最不重要字节（least-significant byte）到最重要字节（most-significant byte），在一个字节内部从最不重要位（least-significant bit）到最重要位（most-significant bit）。共同遵从的原则是内存字节地址从低到高，内存内部的比特编号从低到高。

Microsoft Visual C++实现

在一个整数（integer）内的位域从最不重要位（least-significant）向最重要位（most-significant）依次分配。

相邻的两个位域如果基类型（underlying type）的长度相同，在后的位域适合当前内存分配单元且没有跨内存分配边界，那么这两个位域分配到同一个（1、2或4字节的）分配单元。这可以通俗理解为：具有相同的基类型（underlying type）长度的相邻位域尽量装入基类型的同一个对象，如果装得下的话。

应用

1.位段的使用

（1）位段成员的类型必须指定为unsigned或int类型。

（2）若某一位段要从另一个字开始存放，可用以下形式定义：

unsigned a：1；

unsigned　b：2；一个存储单元

unsigned：0；

unsigned　c：3；另一存储单元

a、b、c应连续存放在一个存储单元中，由于用了长度为0的位段，其作用是使下一个位段从下一个存储单元开始存放。因此，只将a、b存储在一个存储单元中，c另存在下一个单元(“存储单元”可能是一个字节，也可能是2个字节，视不同的编译系统而异)。

(3) 一个位段必须存储在同一存储单元中，不能跨两个单元。如果第一个单元空间不能容纳下一个位段，则该空间不用，而从下一个单元起存放该位段。

(4) 可以定义无名位段。

(5) 位段的长度不能大于存储单元的长度，也不能定义位段数组。