前言

上一篇文章讲解了 结构体内存对齐，这篇文章讲讲结构体实现位段的能力

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。

位段示例

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 位加起来也就 47 个 bite 位，给 6（48 bit） 个字节完全够了呀！

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。

还是看刚刚这段代码

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，所以拿走 2 bit 以后，还剩 30 bit；

然后 _b 需要 5 bit，所以拿走 5 bit 以后，还剩下 25 bit；

其次 _c 需要 10 bit，所以拿走 10 bit 以后，还剩下 15 bit；

最后 _d 需要 30 bit，但是此时还剩下 15 bit 呀，完全不够，那怎么办呢？此时再单独开辟 4 个字节也就是 32 bit 给 _d 用（上面剩下的 15 bit 就不会再使用了）；

所以 sizeof 求大小的时候，也就是 8 字节。

上面解释了 整型 的位段开辟，那如果当结构体的成员是 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，所以拿走 3 bit 以后，还剩 5 bit；

然后 b 需要 4 bit，所以从 5 bit 里面拿走 4 bit 以后，还剩下 1 bit；

其次 c 需要 5 bit，但是此时还剩下 1 bit 呀，完全不够，此时再单独开辟 1 个字节也就是 8 bit 给 c 用，所以拿走 5 bit 以后，还剩 3 bit；

最后 d 需要 4 bit，但是此时还剩下 3 bit 呀，完全不够，那么再单独开辟 1 个字节也就是 8 bit 给 d 用（上面剩下的 3 bit 就不会再使用了）；

所以 sizeof 求大小的时候，也就是 3 字节。

我们用 sizeof 看一下

既然学会了位段，那我们再来分析一下下面这段代码

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;
}

上面我们已经计算过了，这个结构体开辟了 3 个字节，然后在主函数里面把这个 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；

首要为 a 开辟 1 个字节，a 只占其中的 3 bit，假设 a 在 8 bit 中，是从低位向高位使用的，也就是从右向左的方向，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，也就是存 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，那么再开辟 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，所以前面添 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 那么再开辟 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，所以前面添 0，也就是放 0100

此时主函数里面的代码已经走完了，那么内存里面到底存放的是什么呢？

由于二进制不好观看，我们换算成十六进制

那么内存里面到底存的是不是这个呢？我们可以调试看一看

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

那么位段应用在那些地方呢？比如下面这张网络中经典的 IP 数据报