C++每日一记：位域

[yuanrui]

位域

概述

在C++中，位域（bit-field）是一种特殊的成员变量，一个位域中含有一定数量的二进制位。位域通常用于节省内存空间，特别是在处理硬件寄存器或需要精确控制内存布局的情况下。

位域的定义

位域通过在结构体(struct)、类(class)或联合体(union)中使用冒号（:）来指定成员变量占用的位数。例如：

typedef unsigned int Bit;
struct Bit8
{
    Bit bit0 : 4;   // 当修改 bit0 的二进制位为 5 时， 对结构体对象使用 sizeof 函数获取到的结果为 8
    Bit bit1 : 4;
    Bit bit2 : 4;
    Bit bit3 : 4;
    Bit bit4 : 4;
    Bit bit5 : 4;
    Bit bit6 : 4;
    Bit bit7 : 4;
};

位域的使用

位域的使用方式与普通成员变量类似，可以通过点运算符(.)来访问和修改它们的值。例如：

void TestBitField()
{
    using namespace std;
    Bit8 b1;
    b1.bit0 = 256;
    b1.bit1 = 18;
    b1.bit2 = -1;
    b1.bit3 = -2;

    cout << "Bit8 size:" << sizeof(b1) << endl;
    cout << "Bit8 bit0:" << b1.bit0 << endl;
    cout << "Bit8 bit1:" << b1.bit1 << endl;
    cout << "Bit8 bit2:" << b1.bit2 << endl;
    cout << "Bit8 bit3:" << b1.bit3 << endl;
}

测试代码运行结果：

Bit8 size:4
Bit8 bit0:0
Bit8 bit1:2
Bit8 bit2:15
Bit8 bit3:14

位域的注意事项

1. 位域类型：位域的位数必须是整数类型（int、unsigned int等）或枚举类型。
2. 内存布局：位域在内存中的布局是与机器相关，在不同的编译器和平台可能会有所不同。
3. 位域的大小：位域的大小通常受到编译器的限制，不能超过其类型的大小。
4. 位域的对齐：编译器可能会在位域之间插入填充位，以满足特定的对齐要求。
5. 位域的取值范围：位域的取值范围受到其占用位数的限制。例如，一个4位的位域的取值范围是0到15，8位的位域取值范围是0到255
6. 其他：位域字段无法通过 sizeof 进行测量。