C语言位字段

位字段（bit-field）是一个由具有特定数量的位组成的整数变量。结构或联合的成员也可以是位字段。如果连续声明多个小的位字段，编译器会将它们合并成一个机器字（word）。这使得小单元信息具有更加紧凑的存储方式。当然，也可以使用位运算符来独立处理特定位，但是位字段允许我们利用名称来处理位，类似于结构或联合的成员。

位字段的声明格式为：

各部分的详细描述如下：

(1) 类型指定一个整数类型，用来决定该位字段值被解释的方式。类型可以是 _Bool、int、signed int、unsigned int，或者为所选实现版本所提供的类型。这里的类型也可以包含类型限定符。

具有 signed int 类型的位字段会被解释成有符号数；具有 unsigned int 类型的位字段会被解释成无符号数。具有 int 类型的位字段可以是有符号或无符号的类型，由编译器决定。

(2) 成员名称成员名称是可选的（可以不写）。但是，如果声明了一个无名称的位字段，就没有办法获取它。没有名称的位字段只能用于填充（padding），以帮助后续的位字段在机器字中对齐到特定的地址边界。

(3) 宽度位字段中位的数量。宽度必须是一个常量整数表达式，其值是非负的，并且必须小于或等于指定类型的位宽。无名称位字段的宽度可以是 0。在这种情况下，下一个声明的位字段就会从新的可寻址内存单元开始。

当在一个结构或联合内声明一个位字段的时候，编译器会分配一个足以容纳它的可寻址内存单元。通常情况下，被分配的内存单元是一个 int 类型的机器字。

如果紧接着的位字段适合同一内存单元中剩下的空间，那么就被定义到与前面的位字段紧邻的位置。如果不适合的话，那么编译器就分配另外的内存单元，并在新单元的起始放置下一个位字段，或者跨过前一个内存单元的结尾和下一个内存单元的开头。

下面的例子重新定义了结构类型 struct Date，让其成员 month 和 day 只占据各自需要的位数。为了展示 _Bool 类型的位字段，我们为夏令时设定一个标签。这段代码以目标机器使用至少 32 位字为前提：

struct Date {
unsigned int month : 4;         // 1是1月；12是12月
unsigned int day   : 5;         // 月份中的日（1~31）
signed int   year  : 22;        // （-2097152~+2097151）
_Bool        isDST : 1;     // 如果是夏令时，则为true
};

n 位的位字段可以有 2n 个不同的值。结构成员 month 的取值范围是 0~15；成员 day 的取值范围是 0~31；成员 year 的值范围是 -2097152~+2097151。我们可以使用常见的初始化列表方式初始化一个 struct Date 类型的对象：

struct Date birthday = { 5, 17, 1982 };

对象 birthday 占据的存储空间大小与一个 32 位的 int 整数对象一样。和结构中其他成员所不同的是，位字段通常不会占据可寻址的内存位置，因此无法对位字段采用地址运算符（&）或宏 offsetof。

但是在其他方面，可以将位字段看作结构或联合成员，使用点和箭头运算符来获取，并以类似对待 int 或 unsigned int 变量的方式对其进行算术运算。因此，使用位字段重新定义的 Date 结构在函数 dateAsString（）中不需作任何修改：

const char *dateAsString( struct Date d )
{
  static char strDate[12];
  sprintf( strDate, "%02d/%02d/%04d", d.month, d.day, d.year );
  return strDate;
}

下面的语句为对象 birthday 调用函数 dateAsString（），并采用标准函数 puts（）输出结果：

puts( dateAsString( birthday ));