C 语言中一个位域（位段）结构占多少个字节？

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在c语言中提供一个一种叫 “位域” 或者 “位段” 的数据结构。它的存在是为了更加的节省空间。因为在有些实际需求中，并不需要占用一个完整的字节，而只是需要一个或者几个二进制位。比如存在一个开关量时，只有 0 和 1 两种状态，只需要一个二进制位存储即可。

位域的定义如下：

struct 位域结构名{ 位域列表 };
其中位域列表的形式为：类型说明符 位域名：位域长度

例如，

struct test{
int a:3;
int b:2;
int c:6;
};

位域的变量的说明 与结构体的方式一样，有三种方式：先定义后说明、同时定义说明、直接说明。

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）。

结构中也可以包含无名位域，作为相邻成员之间的填充或调整位置。无名位域无法被引用，它们的内容在运行时是不可预测的。

struct s{
unsigned int a:4; //a存放结构的前4个位中
unsigned int :2; // a后面的2个位填充
unsigned int b:2;
};

位域的定义有如下限制

1、一个位域必须存储在同一个字节中，不能跨两个字节。

比如当一个字节所剩的空间不够下一个位域存储时，则从下一个存储单元的起始位置开始存放；也可以专门让某个位域从下一个存储单元的起始位置开始。

struct s{
unsigned int a:4; //a存放结构的前4个位中
unsigned int :2; // a后面的2个位填充
unsigned int b:6; // 剩余的2位不够存储，从下一个存储单元开始存放
unsigned int :0; //空位域，把该unsigned int剩余空间自动全部填充0
unsigned int c:5; //从下一个单元存储，也即是从下一个 unsigned int 开始
}ss;

在这个位域中，a 占第一个字节的前 4 位，a 后面 2 位进行填充，第一个字节剩余的 2 位不够 b 存储，因此 b 从下一个字节开始存储，b 后面的位域填充 0，c 从下一个单元存储，该下一个单元指的是下一个 unsigned int，因为空位域 0 会把 b 后面 unsigned int 所剩的空间全部填充 0, 因此 sizeof(ss) = 8。

2、位域可以是无名域，无名域就是类似于 unsigned int : 0; 或者 unsigned int : 2; 虽然两者只是 0 和非 0 的区别，但是作用却是不同的。若无名域的位数为 0，则下一个位域将会强制从下一个单元开始（这里的一个单元指的不是下一个字节，而是跨过跨过一次数据类型的自然边界）；如果无名位域为非 0，则意味着这个无名位域占着空间，不能被使用。

struct test{
unsigned int a:3; //a占3位
unsigned int :0; //对于unsigned int 类型 a 后面的剩余未全填充0
unsigned int b:2; //b 从下一个unsigned int 类型开始
}tt;

在该例子中 a 占 unsigned int类型所占字节的3位，a 后面的无名域会把 a 后面的所有位填充 0，因此对于 unsigned int 类型所占的 4 字节空间，除 a 的 3 位外，其他位均为0，b 从下一个 unsigned int 类型开始，所以 sizeof(tt) 为 8。

struct test{
unsigned int a:3; //a占3位
unsigned int :2; //a后面的2个位填充
unsigned int b:2; // b 跟着无名域后面
}tt;

a后面无名域占 2 位，b跟在无名域后面，所以 a 和 b共占用一个字节。因此sizeof（tt） 为 4。

3、如果相邻位域字段的类型相同，且其位宽之和小于类型的 sizeof 大小，则后面的字段将紧邻前一个字段存储，直到不能容纳为止。

struct test {
unsigned char a:3;
unsigned char b:4;
} t;

a 和 b 所占的宽度之和小于 sizeof（unsigned char）大小，因此 a和b共同使用一个字节，所以 sizeof（t） 为 1；

4、如果相邻位域字段的类型相同，但其位宽之和大于类型的 sizeof 大小，则后面的字段将从新的存储单元开始，其偏移量为其类型大小的整数倍。

struct test {
unsigned int a:15;
unsigned int b:20; //从下一个unsigned int开始
} t;

由于 a 和 b 宽度之和大于 sizeof（unsigned int）大小，因此b从下一个 unsigned int 处开始，所以 sizeof（t） 为 8。

5、整个结构体的总大小为最宽基本类型成员大小的整数倍。

struct test {
unsigned char a : 3;
unsigned char b : 4;
unsigned char c : 3;
unsigned int d : 5;
} t;

整个结构体的总大小为 unsigned int 类型的整数倍。

6、如果相邻的位域字段的类型不同，则各编译器的具体实现有差异，VC6采取不压缩方式，Dev-C++采取压缩方式。（跟编译器有较大的关系，使用时要慎重，尽量避免）

struct test {
unsigned char a : 3;
unsigned char b : 4;
unsigned char c : 3;
unsigned int d : 5;
} t;

对于该类型，不压缩时，a和b类型相同会占用一个字节，c会占用一个字节，d会单独存放，不会和共占用一个字节，因为整个结构体的总大小为最宽基本类型成员大小的整数倍，因此 sizefo（t）为 8。

若压缩时（gcc下），c 和 d 共占用一个字节，因为整个结构体的总大小为最宽基本类型成员大小的整数倍，因此 sizefo（t）为 4。

7、 如果位域字段之间穿插着非位域字段，则不进行压缩；（不针对所有的编译器，跟编译器有较大的关系，使用时要慎重，尽量避免）

struct test{
unsigned int m: 12;
unsigned int ch;
unsigned int p: 4;
}t;

sizeof（t） 大小为 12。

8、当使用有符号类型来定义位域，并且无意中使用到了正负（有意或者无意）特性时，可能出现不是想要的结果。

struct test
{
char a : 2;
char b : 3;
char c : 3;
};
struct test t;
// 位域赋值
t.a = 0x3; // 11
t.b = 0x5; // 101
t.c = 0x2; // 010
printf(“%d,%d,%d\n”, t.a, t.b, t.c); //结果为 -1， -3， 2

可见，当为域的最高位是 1 的时候，会进行符号扩展，而且这也取决于编译器的实现，因此，为避免此类问题，最好使用无符号类型定义位域。

9、取地址操作符 & 不能应用在位域字段上，因此不存在位域的指针。

10、位域字段不能是静态成员。

11、不能用来指定位数的类型。

若 struct 成员是指针变量类型不能用来指定所占的位数，在 64 位系统中指针固定占 8 字节，在 32 位系统中指针固定占 4 字节。

若 struct 成员是 double 或 float 类型，不能指定位数，否则编译出错，位域类型无效。