位域是指資訊在儲存時，並不需要佔用一個完整的位元組， 而只需佔幾個或一個二進位制位。例如在存放一個開關量時，只有0和1 兩種狀態， 用一位二進位即可。為了節省儲存空間，並使處理簡便，C語言又提供了一種資料結構，稱為“位域”或“位段”。所謂“位域”是把一個位元組中的二進位劃分為幾 個不同的區域， 並說明每個區域的位數。每個域有一個域名，允許在程式中按域名進行操作。 這樣就可以把幾個不同的物件用一個位元組的二進位制位域來表示。

中文名

位域

形    式

struct 位域結構名

特    點

與結構變數說明的方式相同

目    的

為了節省儲存空間

目錄

位域的定義和位域變數的說明

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位域定義

與結構定義相仿，其形式為：

struct 位域結構名

{ 位域列表 };

其中位域列表的形式為： 型別說明符 位域名：位域長度

例如：

struct bs

{int a:8;int b:2;int c:6;};

位域變數的說明

與結構變數說明的方式相同。 可採用先定義後說明，同時定義說明或者直接說明這三種方式。例如：

struct bs

{int a:8;int b:2;int c:6;}data;

說明data為bs變數，共佔2個位元組。其中位域a佔8位，位域b佔2位，位域c佔6位。

位域定義的幾點說明

對於位域的定義尚有以下幾點說明：

1. 寬度為 0 的一個未命名位域強制下一位域對齊到其下一type邊界，其中type是該成員的型別。例如：

struct bs　{

    unsigned a:4;

    unsigned :0 ;/*空域*/

    char b:4 ;/*從下一單元開始存放*/

    unsigned c:4;

}data;

VC6（預設的配置，未作任何優化選擇） 對空域的處理。

實驗中，0x0012ff74為變數data的起始地址，位域a填充0x0012ff74的後四位，位域b從0x0012ff78開始，佔據0x0012ff78的後四位。所以空域佔據了從a開始的4個位剩餘部分。

乍看 VC6對空域的處理是依據空域的型別，即unsigned。其實不然。

經試驗，空域所佔大小和 a的型別及 空域的型別 二者皆相關。

即以下四種情況，

a,空域皆為char時，二者共佔據1位元組；

a 為unsigned，空域為unsigned； a 為char，空域為unsigned； a 為unsigned，空域為char；這三種情況，二者共佔據4位元組。

2. 位域的長度不能大於指定型別固有長度，比如說int的位域長度不能超過32，bool的位域長度不能超過8。

3. 位域可以無位域名，這時它只用來作填充或調整位置。無名的位域是不能使用的。例如：

struct k

{int a:1int :2 /*該2位不能使用*/int b:3int c:2};

從以上分析可以看出，位域在本質上就是一種結構型別， 不過其成員是按二進位分配的。

位域的使用及佔用空間

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位域的使用

位域的使用和結構成員的使用相同，其一般形式為： 位域變數名·位域名 位域允許用各種格式輸出。

int main(void)

{

    struct bs

    {

        unsigned a: 1;

        unsigned b: 3;

        unsigned c: 4;

    }bit, *pbit;

    bit.a = 1;

    bit.b = 7;

    bit.c = 15;

    printf("%d,%d,%d\n", bit.a, bit.b, bit.c);

    pbit = &bit;

    pbit->a = 0;

    pbit->b &= 3;

    pbit->c |= 1;

    printf("%d,%d,%d\n", pbit->a, pbit->b, pbit->c);

    return 0;

}

上例程式中定義了位域結構bs，三個位域為a,b,c。說明了bs型別的變數bit和指向bs型別的指標變數pbit。這表示位域也是可以使用指標的。

程式的9、10、11三行分別給三個位域賦值。( 應注意賦值不能超過該位域的允許範圍)程式第12行以整型量格式輸出三個域的內容。第13行把位域變數bit的地址送給指標變數pbit。第14行用指標 方式給位域a重新賦值，賦為0。第15行使用了複合的位運算子"&="， 該行相當於： pbit->b=pbit->b&3位域b中原有值為7，與3作按位與運算的結果為3(111&011=011,十進位制值為 3)。同樣，程式第16行中使用了複合位運算"|="， 相當於： pbit->c=pbit->c|1其結果為15。程式第17行用指標方式輸出了這三個域的值。

為了節省空間，可以把幾個資料壓縮到少數的幾個型別空間上，比如需要表示二個3位二進位制的數，一個2位二進位制的數，則可以用一個8位的字元表示之。

struct

{char a : 3;char b : 3;char c : 2;} ;

這個結構體所佔空間為一個位元組，8位。節省了空間。

位域的對齊

如果結構體中含有位域(bit-field)，那麼VC中準則是：

1) 如果相鄰位域欄位的型別相同，且其位寬之和小於型別的sizeof大小，則後面的欄位將緊鄰前一個欄位儲存，直到不能容納為止；

2) 如果相鄰位域欄位的型別相同，但其位寬之和大於型別的sizeof大小，則後面的欄位將從新的儲存單元開始，其偏移量為其型別大小的整數倍；

3) 如果相鄰的位域欄位的型別不同，則各編譯器的具體實現有差異，VC6採取不壓縮方式（不同位域欄位存放在不同的位域型別位元組中），Dev-C++和GCC都採取壓縮方式；

系統會先為結構體成員按照對齊方式分配空間和填塞（padding）,然後對變數進行位域操作。

位域的符號特性

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位域的符號特性，是說位域變數的正或者負的問題。當使用有符號型別來定義位域，並且使用到了正負（有意或者無意）特性作為判斷條件時，就有問題了。

#include <iostream>

using namespace std;

class test

{

    public:

    test(int i1,int j1,int k1)
    {

        i = i1;

        j = j1;

        k = k1;

    }

    int i:1;

    int j:2;

    int k:13;

};

int main (){

    test t((int)1,(int)2,(int)3);

    cout<<t.i<<" "<<t.j<<" "<<t.k;

    return 0;

}

上面這個程式的輸出是-1 -2 3. 和我們預想的1，2，3不同。有符號數在機器中是以補碼的形式存在的，其正負的判斷有其規則。位域是以原碼的形式來進行操作的，這中間有差異，造成了上面的結果。而關於位域的正負數判斷，也不是簡單的首bit的0或1來決定，否則上面的結果就應該是-1 -2 -3或者1 2 3了。位域的實現，是編譯器相關的。建議是，使用位域不要使用正負這樣的特性——理論上來說，應該只關注定義的那幾個bit的0或者1，是無符號的。當然，像上面那條列印也沒有使用正負特性。這就是無意識的過程中使用了正負特性。可以使用無符號型別來定義位域，這樣不會產生正負號這樣的問題。