解析C语言中位字段内存分配的问题 C语言, field, 空间, 资源

yuyang911220

C语言的位字段是个比较有意思的特性。它的目的是在一个机器字中保存多个对象（每个对象占据若干bit），从而节省内存资源，同时又避免复杂的位运算。在此不再讨论位字段的具体语法，下面将研究位字段的存储特性。
先说含有多个字段（field）的字（word）所占空间的规律——含有多个字段的字的大小是所有字段的类型中的最长的那个的倍数。但要确定究竟是最长类型的几倍则比较复杂，这要看是否需要考虑类型对齐问题（即一个字段能否跨越两个最长类型）。
例1：
struct word {
char  field1 : 1;
char  field2 : 2;
int     field3 : 4;
};
前两个字段都是char类型，第三个是int类型，所有类型中最长的是int类型。所以字的大小是int类型长度（即4字节）的倍数。而size of word的结果是4字节（即int的1倍），这是因为word的三个字段总共7位（1+2+4），小于int的32位，且不需 考虑类型对齐问题。
例2：
struct word {
char  field1 : 1;
char  field2 : 2;
int     field3 : 30;
};
与上例一样， 所有 类型中最长的是 int类型。所以字的大小是int类型长度（即4字节）的倍数。而size of word的结果是8字节（即int的2倍），这是因为word的三个字段总共33位（1+2+30），需要两个int的64位才能装下， 且不需 考虑类型对齐问题。
例3：
struct word {
char  field1 : 3;
char  field2 : 6;
char  field3 : 3;
};
所有 类型中最长的是 char类型。所以字的大小是char类型长度（即1字节）的倍数。在linux下size of word的结果是3字节（即char的3倍）。如果只考虑word的三个字段总共12位（3+6+3），需要两个char的16位即能装下，但是在linux的gcc实现下，第二个字段不能跨越两个char（为了对齐），所以三个字段各占一个字节。共3字节。但 一个字段能否跨越两个最长类型是由具体的实现决定的。
其次，我们讨论word内各个field的存储，这个和具体的实现有关。有的是从左向右分配的，有的是从右向左分配的。这个没有规律可言。
最后，对word中的field不能进行取地址操作，这是因为指针需要对齐。但可以对word进行取地址操作。