[Structural Internal Power Cultivation] Structural Realization Stages (2)

前言

上一篇文章讲解了 结构体内存对齐,This article talks about the ability of structs to implement bit segments

1. 什么是位段

位段的声明和结构是类似的,有两个不同：

1、位段的成员必须是 int、unsigned int 或 signed int.

2、位段的成员名后边有一个冒号和一个数字.

Bit field example

struct A
{
    
	int _a : 2;
	int _b : 5;
	int _c : 10;
	int _d : 30;
};

A 就是一个位段类型.

那位段 A 的大小是多少？

我们用 sizeof 看一下

为什么是 8 呢？

其实 位段 的 位 是指 二进制位;

int _a : 2 的意思是：_a 只占 2 个 bit 位;

int _b : 5 的意思是：_b 只占 5 个 bit 位;

int _c : 10 的意思是：_c 只占 10 个 bit 位;

int _d : 30 的意思是：_d 只占 30 个 bit 位;

那把所有的 bite The bits add up to 47 个 bite 位,给 6（48 bit） Bytes are enough！

为什么打印出来的是 8 个字节？也就是 64 个 bit 呢？

2. 位段的内存分配

1、 位段的成员可以是 int unsigned int 、signed int 或者是 char （属于整形家族）类型

2、位段的空间上是按照需要以 4 个字节（ int ）或者 1 个字节（ char ）的方式来开辟的.

3、位段涉及很多不确定因素,位段是不跨平台的,注重可移植的程序应该避免使用位段.

Just look at this code

struct A
{
    
	int _a : 2;
	int _b : 5;
	int _c : 10;
	int _d : 30;
};

首先,_a 是整型,不管三七二十一,先开辟 4 个字节也就是 32 bit 给它,但是 _a 只需要 2 个 bit 呀,so take it 2 bit 以后,还剩 30 bit;

然后 _b 需要 5 bit,so take it 5 bit 以后,还剩下 25 bit;

其次 _c 需要 10 bit,so take it 10 bit 以后,还剩下 15 bit;

最后 _d 需要 30 bit,But there's still 15 bit 呀,完全不够,那怎么办呢？Open it up separately 4 个字节也就是 32 bit 给 _d 用（The rest of the above 15 bit won't use it again）;

所以 sizeof when asking for size,也就是 8 字节.

上面解释了 整型 bit segment development,Then if the members of the structure are char 类型呢？

代码示例

struct S
{
    
	char a : 3;
	char b : 4;
	char c : 5;
	char d : 4;
};

首先,a 是 char 类型,不管三七二十一,先开辟 1 个字节也就是 8 bit 给它,但是 a 只需要 3 个 bit 呀,so take it 3 bit 以后,还剩 5 bit;

然后 b 需要 4 bit,所以从 5 bit take it inside 4 bit 以后,还剩下 1 bit;

其次 c 需要 5 bit,But there's still 1 bit 呀,完全不够,Open it up separately 1 个字节也就是 8 bit 给 c 用,so take it 5 bit 以后,还剩 3 bit;

最后 d 需要 4 bit,But there's still 3 bit 呀,完全不够,Then open it up separately 1 个字节也就是 8 bit 给 d 用（The rest of the above 3 bit won't use it again）;

所以 sizeof when asking for size,也就是 3 字节.

我们用 sizeof 看一下

Now that you have learned the bit segment,Then let's analyze the following code

struct S
{
    
	char a : 3;
	char b : 4;
	char c : 5;
	char d : 4;
};

int main()
{
    
	struct S s = {
     0 };
	s.a = 10;
	s.b = 12;
	s.c = 3;
	s.d = 4;

	return 0;
}

We have been calculated,This structure opens up 3 个字节,Then in the main function put this s 初始化为 0,这样就意味着,这 3 个字节里面,每一个 bit 位都为 0;

Primarily for a 开辟 1 个字节,a 只占其中的 3 bit,假设 a 在 8 bit 中,is used from low to high,That is, from right to left,现在把 10 赋值给 a,10 的二进制是 1010,但是 a 的空间大小是 3 bit,所以只能存 3 bit,that is to say 010,最高位的 1 省去

b 里面要放 12,12 的二进制是 1100,但是 b 刚好有 4 bit,所以直接放进去,此时还剩下 1 bit,完全不够 c 使用了,Then open up 1 字节

c 占 5 bit,现在要把 3 放进去,3 的二进制是 011,但是 c 要占 5 bit 呀,So in front of tian 0,也就是放 00011,此时还剩下 3 bit,完全不够 d 使用了,d 占 4 bit Then open up 1 字节

d 占 4 bit,现在要把 4 放进去,4 的二进制是 100,但是 c 要占 4 bit 呀,So in front of tian 0,也就是放 0100

At this point, the code in the main function has been completed.,So what exactly is stored in memory?？

Because binary is not good to watch,We convert to hexadecimal

So does this actually exist in memory?？We can debug and take a look

3. 位段的跨平台问题

1、 int 位段被当成有符号数还是无符号数是不确定的.

2、位段中最大位的数目不能确定.（16位机器最大16,32位机器最大32,写成27,在16位机
器会出问题.）

3、位段中的成员在内存中从左向右分配,还是从右向左分配标准尚未定义.

4、当一个结构包含两个位段,第二个位段成员比较大,无法容纳于第一个位段剩余的位时,是
舍弃剩余的位还是利用,这是不确定的.

总结：跟结构相比,位段可以达到同样的效果,但是可以很好的节省空间,但是有跨平台的问题存在.

4. 位段的应用

So where is the bit segment applied?？For example, the classic in the following network IP 数据报