STM32 结构体位域操作 (int a:4)

2019-04-01来源: eefocus关键字:STM32  结构体  位域操作

1、什么是位域


有些信息在存储时,并不需要占用一个完整的字节, 而只需占几个或一个二进制位。


例如:


在存放一个开关量时,只有 0 和 1 两种状态, 用一位二进位即可。


为了节省存储空间,并使处理简便,C语言又提供了一种数据结构,称为“位域”或“位段”。


所谓“位域”是把一个字节中的二进位划分为几 个不同的区域,并说明每个区域的位数。


每个域有一个域名,允许在程序中按域名进行操作。 


这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示。


位段成员必须声明为 int、unsigned int 或 signed int 类型(short char long)。


2、位域定义     


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 bs     

{     

int a:8;     

int b:2;     

int c:6;     

}; 

位域变量的说明与结构变量说明的方式相同。 


可采用先定义后说明,同时定义说明或者直接说明这三种方式。


例如:     


struct bs     

{     

int a:8;     

int b:2;     

int c:6;     

} data;   

说明data为bs变量,共占两个字节。


其中位域a占8位,位域b占2位,位域c占6位。


对于位域的定义尚有以下几点说明:     


1) 如果一个字节所剩空间不够存放另一位域时,应从下一单元起存放该位域。


也可以有意使某位域从下一单元开始。


例如:     


struct bs     

{     

unsigned a:4     

unsigned :0 /*空域*/     

unsigned b:4 /*从下一单元开始存放*/     

unsigned c:4     

}     

这个位域定义中,a占第一字节的4位,后4位填0表示不使用,b从第二字节开始,占用4位,c占用4位。     


2)位域的长度不能大于数据类型本身的长度,比如int类型就能超过32位二进位。


3)位域可以无位域名,这时它只用来作填充或调整位置。无名的位域是不能使用的。例如:     


struct k     

{     

int a:1     

int :2 /*该2位不能使用*/     

int b:3     

int c:2     

};  

从以上分析可以看出,位域在本质上就是一种结构类型,不过其成员是按二进位分配的。     


3、位域的使用


位域的使用和结构成员的使用相同。


其一般形式为:


位域变量名.位域名 位域允许用各种格式输出。     


struct bs     

{     

    unsigned a:1;     

    unsigned b:3;     

    unsigned c:4;     

} bit,*pbit;    

 

bit.a=1;     

bit.b=7; 

注意:位域的赋值不能超过该域所能表示的最大值,如b只有3位,能表示的最大数为7,若赋为8,就会出错   


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);

上例程序中定义了位域结构bs,三个位域为a,b,c。


说明了bs类型的变量bit和指向bs类型的指针变量pbit,这表示位域也是可以使用指针的。 


我们再来看看下面两个结构体定义:


struct foo2 {

char    a : 2;

char    b : 3;

char    c : 1;

};

 

struct foo3 {

char    a : 2;

char    b : 3;

char    c : 7;

};

我们来打印一下这两个结构体的大小,我们得到的结果是:


sizeof(struct foo2) = 1

sizeof(struct foo3) = 2

显然都不是我们期望的,如果按照正常的内存对齐规则, 这两个结构体大小均应该为3才对,那么问题出在哪了呢?


首先通过这种现象我们可以肯定的是:带有'位域'的结构体并不是按照每个域对齐的,而是将一些位域 成员'捆绑'在一起做对齐的。


以foo2为例,这个结构体中所有的成员都是char型的,而且三个位域占用的总空间为6 bit < 8 bit(1 byte),这时编译器会将这三个成员'捆绑'在一起做对齐,并且以最小空间作代价,这就是为什么我们得到sizeof(struct foo2) = 1这样的结果的原因了。


再看看foo3这个结构体,同foo2一样,三个成员类型也都是char型,但是三个成员位域所占空间之和为9 bit > 8 bit(1 byte),这里位域是不能跨越两个成员基本类型空间的,这时编译器将a和b两个成员'捆绑'按照char做对齐,而c单独拿出来以char类型做对齐, 这样实际上在b和c之间出现了空隙,但这也是最节省空间的方法了。


我们再看一种结构体定义:


struct foo4 {

char    a : 2;

char    b : 3;

int c : 1;

};

在foo4中虽然三个位域所占用空间之和为6 bit < 8 bit(1 byte),但是由于char和int的对齐系数是不同的,是不能捆绑在一起,那是不是a、b捆绑在一起按照char对齐,c单独按照int对齐呢?


我们 打印一下sizeof(struct foo4)发现结果为8,也就是说编译器把a、b、c一起捆绑起来并以int做对齐了。


就是说不够一个类型的size时,将按其中最大的那个类型对齐,此处按int对齐。


C99规定int、unsigned int和bool可以作为位域类型,但编译器几乎都对此作了扩展,


允许其它类型类型的存在。


使用位域的主要目的是压缩存储,其大致规则为:


1) 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;


2) 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;


3) 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++,GCC采取压缩方式;


4) 如果位域字段之间穿插着非位域字段,则不进行压缩;


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 s1 

int i: 8; 

int j: 4; 

int a: 3; 

double b; 

}; 

 

struct s2 

int i: 8; 

int j: 4; 

double b; 

int a:3; 

}; 

 

printf("sizeof(s1)= %d/n", sizeof(s1)); 

printf("sizeof(s2)= %d/n", sizeof(s2)); 

result: 16, 24 

第一个结构体中,i,j,a共占15个位,不足8个字节,按double 8字节对齐,共16字节


第二个结构体中,i,j共占12位,不足8字节,按8字节对齐,a也按8字节对齐,加上double共8+8+8=24个字节


关键字:STM32  结构体  位域操作 编辑:什么鱼 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/mcu/2019/ic-news040143667.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

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