C結構體中的冒号——位域

C語言提供直接定義和通路一個字中的位字段的能力，而不需要通過按位邏輯運算符。

       毋庸置疑，位域的引入給使用者的最大的好處莫過于可以有效的利用'昂貴'的記憶體和操作bit的能力了。而且這種操作bit位的能力很是友善，利用結構體域名即可對這些bit進行操作。例如：

struct foo {

int a : 1;

int b : 2;

short c : 1;

};

struct foo aFoo;

aFoo.a = 1;

aFoo.b = 3;

aFoo.c = 0;

通過結構體執行個體.域名即可修改某些bit的值，這些都是編譯器的'甜頭'。當然我們也可以自己通過一些'掩碼'和移位操作來修改這些bit，當然如果不是十分需要，我們是不需要這麼做的。

位域還提供一種叫'匿名'位域的文法，它常用來'填缺補漏'，由于是'匿名'，是以你不能像上面那樣去通路它。如：

struct foo1 {

int a : 1;

int : 2;

short c : 1;

};

在foo1的成員a和c之間有一個2 bits的匿名位域。

在foo結構體的定義中，成員a雖然類型為int，但是它僅僅占據着4個位元組中的一個bit的空間；類似b占據2個bit空間，但是b到底是占據第一個 int的2個bit空間呢還是第二個int的2個bit空間呢？這裡實際上也涉及到如何對齊帶有'位域'的結構體這樣一個問題。我們來分析一下。

我們再來看看下面兩個結構體定義：

struct foo2 {

char a : 2;

char b : 3;

char c : 1;

};

struct foo3 {

char a : 2;

char b : 3;

char c : 7;

};

我們來列印一下這兩個結構體的大小，我們得到的結果是：

sizeof(struct foo2) = 1

sizeof(struct foo3) = 2

顯然都不是我們期望的，如果按照正常的記憶體對齊規則，這兩個結構體大小均應該為3才對，那麼問題出在哪了呢？

        首先通過這種現象我們可以肯定的是：帶有'位 域'的結構體并不是按照每個域對齊的，而是将一些位域成員'捆綁'在一起做對齊的。

        以foo2為例，這個結構體中所有的成員都是char型的，而且三個位 域占用的總空間為6 bit < 8 bit(1 byte)，這時編譯器會将這三個成員'捆綁'在一起做對齊，并且以最小空間作代價，這就是為什麼我們得到sizeof(struct foo2) = 1這樣的結果的原因了。

        再看看foo3這個結構體，同foo2一樣，三個成員類型也都是char型，但是三個成員位域所占空間之和為9 bit > 8 bit(1 byte)，這裡位域是不能跨越兩個成員基本類型空間的，這時編譯器将a和b兩個成員'捆綁'按照char做對齊，而c單獨拿出來以char類型做對齊， 這樣實際上在b和c之間出現了空隙，但這也是最節省空間的方法了。我們再看一種結構體定義：

struct foo4 {

char a : 2;

char b : 3;

int c : 1;

};

在foo4中雖然三個位域所占用空間之和為6 bit < 8 bit(1 byte)，但是由于char和int的對齊系數是不同的，是不能捆綁在一起，那是不是a、b捆綁在一起按照char對齊，c單獨按照int對齊呢？我們 列印一下sizeof(struct foo4)發現結果為4，也就是說編譯器把a、b、c一起捆綁起來并以int做對齊了。

通過上面的例子我們發現很難總結出很規律性的東西，但是帶有'位域'的結構體的對齊有條原則可以遵循，那就是："盡量減少結構體的占用空間"。當然顯式的使用記憶體對齊的機會也并不多。