C語言位段(位域)機制結構體的特殊實現及解析
概念
什麼是位段？
位段又稱為位域，C語言允許在一個結構體中以位為單位來指定其成員所占內存長度，這種以位為單位的成員就叫做稱為位段( bit field) 。利用位段能夠用較少的位數存儲數據達到節省空間的目的。
位段是結構體特有的，所以聲明是和結構是類似的，但有兩個不同：
1. 位段成員必須是 int ，unsigned int，signed int
2. 位段成員名後邊結構包括一個冒號和整型數字
舉個栗子：
struct haha
{
unsigned int ch : 8; //8位
unsigned int chh : 6; //6位
unsigned int chhh : 18; //18位
};
struct haha dest;
內存分配
這裡的 haha 就是一個位段的類型，這個神神秘秘的位段咱不常見，那麼他的大小怎麼算的呢？其實和結構體是一樣的：
struct arr
{
int a:2;
int b:5;
int c:10;
int d:30;
};
int main()
{
printf("%d\n",sizeof(struct arr));
return 0;
}
這裡 a：2什麼意思呢？
成員 a 隻占 2 個比特位，後面同理，既然這樣，那我們總計 47 比特位，也就是 6 個字節 48 個比特位已經足夠瞭，那為什麼又是 8 呢？位段的內存分配到底是怎樣的？
這裡千萬不要犯低級錯誤誤認為他的大小就是 47 個比特位，和前一篇博客敘述原理相同，因為都是 int 類型，所有成員會向 int 看齊，int 是四字節，默認 8 字節，對齊數取 4 字節，a+b < 1字節，合並申請 1 字節空間，後面都需要獨立申請空間，總計 1+2+4 = 7字節，結構體大小必須是最大對齊數整數倍，取 4 的整數倍就是 8，因此為 8 字節。
位段跨平臺問題
我們細想剛剛這種機制，a，b，c，d 分別為 2,5,10,30 比特位，而我一個字節是 8 個比特位，假若在給 a 分配瞭 1 字節後，還剩 6 比特位，這 6 個位子我要不要讓給二哥 b 成員來享用呢？==我是一字節一字節榨幹資本還是出手闊綽安排"單人房"呢？==這裡就有瞭歧義。
要知道位段在空間上是按照需要以四字節 int 或一字節 char 的方式來開辟空間，他涉及很多的不確定性因素，這就是為什麼位段是不跨平臺的，註重可移植性的程序應該避免使用位段。
有什麼不確定因素呢，就好比我們剛剛提到的內存分配問題，這個問題連C語言標準都沒有規定我到底該怎麼利用，需要由具體的編譯器環境決定，編譯器環境又依賴於不同的平臺比如 Linux 是 gcc 標準，VS則是 windows 標準。
我們要知道：
- 1. int 位段被當成有符號數還是無符號數是不確定的。
- 2. 位段中最大位的數目不能確定（16位機器最大 16,32 位機器最大 32）。
- 3. 位段中成員的內存從左到右分配還是從右向左分配標準尚未定義。
- 4. 當一個結構中包含兩個位段時，第二個位段成員比較大，無法容納第一個位段剩餘的位時，是應當舍棄還是利用，標準尚未定義。
作用
“ 這麼個玄乎的玩意兒拿來幹嘛啊 ”你可能會有這樣的疑問
我們拿上面的情景來分析一手：
int a:2; int b:5; int c:10; int d:30;
我們不分配位段時，需要 16 個字節，分配後隻要 8 個字節，其實位段就是為瞭節省空間，充當個省流大師。
位段使用的前提條件就是某些細節需要非常明確，假如我成員 a 的取值隻有四種狀態：00，01，10，11，那我給 a 分配 2 個字節是不是就足夠瞭，那我就給 2 個，我如果一上手啪嘰就是一個 int 類型，32 個字節橫空出世，這個節省的性價比可不低哦~
當然萬事萬物不可能十全十美，我幫你節省但總歸會有一定浪費，這是不可避免的。總結一下就是位段跟結構相比，可以達到相同效果且可以有效節省空間，但存在跨平臺問題存在。
Tip
註意，位段機制跟棧還扯不上關系，入棧的是數據的字節，位段是在這些字節的內部空間上發揮作用，已經細節到“位”瞭，以及之前提到的大小端模式，大小端是連續字節數據的存放模式，也細化不到字節上。
應用場景
位段在實際生活中也有廣泛的應用，比如我們網絡上數據包的格式：
這就是我們在互聯網上向某個對象發送信息的原理，裡面最大的問題就是這個包如果直接扔到網上去，就會像拖拉機上高速，鐵鐵的堵車造成網絡擁擠，我們就會利用位段機制進行適當縮減以減小網絡的負擔。
今天就到這裡吧，摸瞭傢人們。
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