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標題: C語言知識補漏（一）結構體指針以及位域定義 [打印本頁]

作者: lizi 時間: 2014-8-29 17:30
標題: C語言知識補漏（一）結構體指針以及位域定義
一、結構體指針
typedef struct
{
unsignedlong int DATA;
unsignedlong int DIRECTION;
unsignedlong int INTERRUPT_MASK;
unsignedlong int EDGE_CAPTURE;
}PIO_STR;
//define LED Register
#ifdef _LED
#define LED ((PIO_STR *)LED_BASE)  //表示定義了一個PIO_STR的指針，并強制這個指針的值
                              //為LED_PIO_BASE，意思是定義了一個常量指針，指針類型為PIO_STR
分析：
1. PIO_STR是一個結構體，它是：
typedef struct
{
unsigned long int DATA;
unsigned long int DIRECTION;
unsigned long int INTERRUPT_MASK;
unsigned long int EDGE_CAPTURE;

}

2. PIO_STR *是表示指向這樣一個結構體的指針
3. LED_BASE是一個數值：0x00001800，這里代表地址
4. (PIO_STR *) LED_BASE 表示對這樣一個地址進行強制轉換，使得它變成指向結構體的指針
5. #define LED ((PIO_STR *) LED_BASE)
所以LED是一個值為0x00001800（表示指向地址0x00001800）的，指向一個PIO_STR結構體的指針。地址已經確定，下一步就該在0x00001800這個地址上分配一個具體的PIO_STR結構體了。

注意：LED這個指針永遠指向一個地址在0x00001800的結構體。它不能指向其他地方，因而是一個常量指針。但是它可以對指向的結構體進行修改。二、位域定義
一般在結構體的定義中，我們會見到如下代碼：
struct
{
   unsigned charP8OUT0       : 1;
   unsigned charP8OUT1       : 1;
   unsigned charP8OUT2       : 1;
   unsigned charP8OUT3       : 1;
   unsigned charP8OUT4       : 1;
   unsigned charP8OUT5       : 1;
   unsigned charP8OUT6       : 1;
   unsigned charP8OUT7       : 1;
}P8OUT_bit;
結構體內部的語句
      unsigned char P8OUT0       : 1;
表示定義了一個位域，P8OUT0是該位域的域名，而且P8OUT0只占用一個位。
所謂C中的位域，是指信息在存儲時，并不需要占用一個完整的字節，而只需占幾個或一個二進制位。為了節省存儲空間，并使處理簡便，C語言提供了一種數據結構，稱為“位域”或“位段”。所謂“位域”是把一個字節中的二進位劃分為幾個不同的區域，并說明每個區域的位數。每個域有一個域名，允許在程序中按域名進行操作。這樣就可以把幾個不同的對象用一個字節的二進制位域來表示。

作者: lizi 時間: 2014-8-29 17:31
有些信息在存儲時，并不需要占用一個完整的字節，而只需占幾個或一個二進制位。例如在存放一個開關量時，只有0和1兩種狀態，用一位二進位即可。為了節省存儲空間，并使處理簡便，Ｃ語言又提供了一種數據結構，稱為“位域”或“位段”。所謂“位域”是把一個字節中的二進位劃分為幾個不同的區域，并說明每個區域的位數。每個域有一個域名，允許在程序中按域名進行操作。這樣就可以把幾個不同的對象用一個字節的二進制位域來表示。
一、位域的定義和位域變量的說明
位域定義與結構定義相仿，其形式為：
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 bs
{
inta:8;
intb:2;
intc:6;
};
位域變量的說明與結構變量說明的方式相同。可采用先定義后說明，同時定義說明或者直接說明這三種方式。例如：
struct bs
{
inta:8;
intb:2;
intc:6;
}data;
說明data為bs變量，共占兩個字節。其中位域a占8位，位域b占2位，位域c占6位。對于位域的定義尚有以下幾點說明：
1.一個位域必須存儲在同一個字節中，不能跨兩個字節。如一個字節所剩空間不夠存放另一位域時，應從下一單元起存放該位域。也可以有意使某位域從下一單元開始。
例如：
struct bs
{
unsigneda:4;
unsigned:0;
unsignedb:4;
unsignedc:4;
}
在這個位域定義中，a占第一字節的4位，后4位填0表示不使用，b從第二字節開始，占用
4位，c占用4位。
2. 由于位域不允許跨兩個字節，因此位域的長度不能大于一個字節的長度，也就是說不能超過8位二進位。
3. 位域可以無位域名，這時它只用來作填充或調整位置。無名的位域是不能使用的。例如：
struct k
{
inta:1;
int:2;
intb:3;
intc:2;
};
從以上分析可以看出，位域在本質上就是一種結構類型，不過其成員是按二進位分配的。

二、位域的使用
位域的使用和結構成員的使用相同，其一般形式為：
位域變量名·位域名
位域允許用各種格式輸出。
main(){
structbs
   {
         unsigned a:1;
         unsigned b:3;
         unsigned c:4;
   } bit,*pbit;
bit.a=1;
bit.b=7;
bit.c=15;
printf("%d,%d,%dn",bit.a,bit.b,bit.c);
pbit=&bit;
pbit->a=0;
pbit->b&=3;
pbit->c|=1;
printf("%d,%d,%dn",pbit->a,pbit->b,pbit->c);
}
上例程序中定義了位域結構bs，三個位域為a,b,c。說明了bs類型的變量bit和指向bs類型的指針變量pbit。這表示位域也是可以使用指針的。程序的9、10、11三行分別給三個位域賦值。(應注意賦值不能超過該位域的允許范圍)程序第12行以整型量格式輸出三個域的內容。第13行把位域變量bit的地址送給指針變量pbit。第14行用指針方式給位域a重新賦值，賦為0。第15行使用了復合的位運算符"&="，該行相當于：pbit->b=pbit->b&3位域b中原有值為7，與3作按位與運算的結果為3(111&011=011,十進制值為3)。同樣，程序第16行中使用了復合位運算"|=".之所以要有透析基礎知識這么個分欄,就是告訴大家重在細節的道理,粗略的東西誰都懂,修煉內功為高手的必經之路.
前面的內容存在缺陷，具體還要參考如下文章：
C99規定int、unsigned int和bool可以作為位域類型，但編譯器幾乎都對此作了擴展，允許其它類型類型的存在。

使用位域的主要目的是壓縮存儲，其大致規則為：
1) 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；
2) 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；
3) 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；
4) 如果位域字段之間穿插著非位域字段，則不進行壓縮；
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。

typedef struct  AA
{
   unsigned char b1:5;
   unsigned char b2:5;
   unsigned char b3:5;
   unsigned char b4:5;
   unsigned char b5:5;
}AA;

sizeof(AA) = 5;　但實際上只用了25位，即4個字節，

（1）typedef struct  AA
{
   unsigned int b1:5;
   unsigned int b2:5;
   unsigned int b3:5;
   unsigned int b4:5;
   unsigned int b5:5;
}AA;

（2）typedef struct  AA
{
   unsigned int b1:5;
   unsigned int b2:5;
   unsigned int b3:5;
   unsigned int b4:5;
   unsigned int b5:5;
   unsigned int b6:5;
   unsigned int b7:5;
}AA;

（1）是5個成員,按第一條規則,共占25位,按第五條規則,即sizeof(AA)=4
現把成員加到7個，參考（2）,按第一條規則,共占35位,按第五條規則,即sizeof(AA)=8,

再看一個例子：
struct test1
{
char a:1;
char :2;
long b:3;
char c:2;
};
int len = sizeof(test1);
對于上述例子，len的值應該是12.解釋如下：　
首先以最長的類型位寬做為偏移量，最長的是long型，占4位，所以不同類型之間應該是4個字節的偏移，即test1應該是4字節的整數倍�！�
char a：1；　//用一個字節去存儲
char ：2；　 //空域。因為與前面的a的類型相同，而兩個位域的位寬相加仍然少于8位，所以依然用1個字節表示
long b：3；//long類型的位寬是4個字節，與前面的char類型不同，所以b與a之間偏移4個字節，它們之間自動補充3個字節　
char c：2；//因為c與b又不同型，以test1中的最長的long類型的位寬進行偏移，所以雖然char只用1個字節就夠了
//但依然要占4個字節。
總共是12字節。

///////////////////////
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)= %dn", sizeof(s1));
　　printf("sizeof(s2)= %dn", sizeof(s2));
　　result: 16, 24
　　第一個struct s1
　　{
　　int i: 8;
　　int j: 4;
　　int a: 3;
　　double b;
　　};
　　理論上是這樣的，首先是i在相對0的位置，占8位一個字節，然后，j就在相對一個字節的位置，由于一個位置的字節數是4位的倍數，因此不用對齊，就放在那里了，然后是a，要在3位的倍數關系的位置上，因此要移一位，在15位的位置上放下，目前總共是18位，折算過來是2字節2位的樣子，由于double是8字節的，因此要在相對0要是8個字節的位置上放下，因此從18位開始到8個字節之間的位置被忽略，直接放在8字節的位置了，因此，總共是16字節。

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