在c語言中提供一個一種叫 “位域” 或者 “位段” 的數據結構。它的存在是為了更加的節省空間。因為在有些實際需求中，并不需要占用一個完整的字節，而只是需要一個或者幾個二進制位。比如存在一個開關量時，只有 0 和 1 兩種狀態，只需要一個二進制位存儲即可。

位域的定義如下：

struct 位域結構名{ 位域列表 };

其中位域列表的形式為：類型說明符 位域名：位域長度

例如，

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

位域的變量的說明 與結構體的方式一樣，有三種方式：先定義后說明、同時定義說明、直接說明。

在聲明時，位段成員必須是整形或枚舉類型（通常是無符號類型）。

結構中也可以包含無名位域，作為相鄰成員之間的填充或調整位置。無名位域無法被引用，它們的內容在運行時是不可預測的。

struct s{
   unsigned int a:4; //a存放結構的前4個位中 
   unsigned int :2;  // a后面的2個位填充
   unsigned int b:2;  
};

位域的定義有如下限制

1、一個位域必須存儲在同一個字節中，不能跨兩個字節。

比如當一個字節所剩的空間不夠下一個位域存儲時，則從下一個存儲單元的起始位置開始存放；也可以專門讓某個位域從下一個存儲單元的起始位置開始。

struct s{
   unsigned int a:4; //a存放結構的前4個位中 
   unsigned int :2;  // a后面的2個位填充
   unsigned int b:6;  // 剩余的2位不夠存儲，從下一個存儲單元開始存放
   unsigned int :0; //空位域，把該unsigned int剩余空間自動全部填充0
   unsigned int c:5; //從下一個單元存儲，也即是從下一個 unsigned int 開始

}ss;

在這個位域中，a 占第一個字節的前 4 位，a 后面 2 位進行填充，第一個字節剩余的 2 位不夠 b 存儲，因此 b 從下一個字節開始存儲，b 后面的位域填充 0，c 從下一個單元存儲，該下一個單元指的是下一個 unsigned int，因為空位域 0 會把 b 后面 unsigned int 所剩的空間全部填充 0, 因此 sizeof(ss) = 8。

2、位域可以是無名域，無名域就是類似于 unsigned int : 0; 或者 unsigned int : 2; 雖然兩者只是 0 和非 0 的區別，但是作用卻是不同的。若無名域的位數為 0，則下一個位域將會強制從下一個單元開始（這里的一個單元指的不是下一個字節，而是跨過跨過一次數據類型的自然邊界）；如果無名位域為非 0，則意味著這個無名位域占著空間，不能被使用。

struct test{
   unsigned int a:3;  //a占3位
   unsigned int :0;  //對于unsigned int 類型 a 后面的剩余未全填充0
   unsigned int b:2;  //b 從下一個unsigned int 類型開始
}tt;

在該例子中 a 占 unsigned int類型所占字節的3位，a 后面的無名域會把 a 后面的所有位填充 0，因此對于 unsigned int 類型所占的 4 字節空間，除 a 的 3 位外，其他位均為0，b 從下一個 unsigned int 類型開始，所以 sizeof(tt) 為 8。

struct test{
   unsigned int a:3;  //a占3位
   unsigned int :2;  //a后面的2個位填充
   unsigned int b:2;  // b 跟著無名域后面
}tt;

a后面無名域占 2 位，b跟在無名域后面，所以 a 和 b共占用一個字節。因此sizeof（tt） 為 4。

3、如果相鄰位域字段的類型相同，且其位寬之和小于類型的 sizeof 大小，則后面的字段將緊鄰前一個字段存儲，直到不能容納為止 。****

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

a 和 b 所占的寬度之和小于 sizeof（unsigned char）大小，因此 a和b共同使用一個字節，所以 sizeof（t） 為 1；

4、如果相鄰位域字段的類型相同，但其位寬之和大于類型的 sizeof 大小，則后面的字段將從新的存儲單元開始，其偏移量為其類型大小的整數倍 。****

struct  test {
    unsigned int a:15;
    unsigned int b:20; //從下一個unsigned int開始
} t;

由于 a 和 b 寬度之和大于 sizeof（unsigned int）大小，因此b從下一個 unsigned int 處開始，所以 sizeof（t） 為 8。

5、整個結構體的總大小為最寬基本類型成員大小的整數倍。

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

整個結構體的總大小為 unsigned int 類型的整數倍。

6、如果相鄰的位域字段的類型不同，則各編譯器的具體實現有差異，VC6采取不壓縮方式，Dev-C++采取壓縮方式。（跟編譯器有較大的關系，使用時要慎重，盡量避免）

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

對于該類型，不壓縮時，a和b類型相同會占用一個字節，c會占用一個字節，d會單獨存放，不會和共占用一個字節，因為整個結構體的總大小為最寬基本類型成員大小的整數倍，因此 sizefo（t）為 8。

若壓縮時（gcc下），c 和 d 共占用一個字節，因為整個結構體的總大小為最寬基本類型成員大小的整數倍，因此 sizefo（t）為 4。

7、 如果位域字段之間穿插著非位域字段，則不進行壓縮；（不針對所有的編譯器，跟編譯器有較大的關系，使用時要慎重，盡量避免）

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

sizeof（t） 大小為 12。

8、當使用有符號類型來定義位域，并且無意中使用到了正負（有意或者無意）特性時，可能出現不是想要的結果 。

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

struct test t;

// 位域賦值
t.a = 0x3;   // 11
t.b = 0x5;   // 101
t.c = 0x2;   // 010

printf("%d,%d,%d\\n", t.a, t.b, t.c); //結果為 -1， -3， 2

可見，當為域的最高位是 1 的時候，會進行符號擴展，而且這也取決于編譯器的實現，因此，為避免此類問題，最好使用無符號類型定義位域。

9、取地址操作符 & 不能應用在位域字段上，因此不存在位域的指針。

10、位域字段不能是靜態成員。

11、不能用來指定位數的類型。

若 struct 成員是指針變量類型不能用來指定所占的位數，在 64 位系統中指針固定占 8 字節，在 32 位系統中指針固定占 4 字節。

若 struct 成員是 double 或 float 類型，不能指定位數，否則編譯出錯，位域類型無效。

審核編輯：劉清