含位域結構體的sizeof:
前面已經說過，位域成員不能單獨被取sizeof值，我們這里要討論的是含有位域的結構體的sizeof，只是考慮到其特殊性而將其專門列了出來。
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。

還是讓我們來看看例子。
示例1：
struct BF1
{
????char f1 : 3;
??? char f2 : 4;
??? char f3 : 5;
};
其內存布局為：
?|__f1___|____f2___ |__|____f3______|______|
?|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|
位域類型為char，第1個字節僅能容納下f1和f2，所以f2被壓縮到第1個字節中，而f3只
能從下一個字節開始。因此sizeof(BF1)的結果為2。
示例2：
struct BF2
{
??? char f1 : 3;
??? short f2 : 4;
??? char f3 : 5;
};
由于相鄰位域類型不同，在VC6中其sizeof為6，在Dev-C++中為2。
示例3：
struct BF3
{
??? char f1 : 3;
??? char f2;
??? char f3 : 5;
};
非位域字段穿插在其中，不會產生壓縮，在VC6和Dev-C++中得到的大小均為3。

寫出下列程序在X86上的運行結果。

struct mybitfields
{
unsigned short a : 4;
unsigned short b : 5;
unsigned short c : 7;
}test;

void main(void)?
{
int i;
test.a=2;
test.b=3;
test.c=0;
i=*((short *)&test);
printf("%d ",i);
}

這個題的為難之處呢，就在于前面定義結構體里面用到的冒號，如果你能理解這個符號的含義，那么問題就很好解決了。這里的冒號相當于分配幾位空間，也即在定義結構體的時候，分配的成員a 4位的空間， b 5位，c 7位，一共是16位，正好兩個字節。下面畫一個簡單的示意：
變量名 位數
test 15 14 13 12 11 10 9 |8 7 6 5 4 |3 2 1 0
test.a | |0 0 1 0
test.b |0 0 0 1 1 |
test.c 0 0 0 0 0 0 0 | |
在執行i=*((short *)&test); 時，取從地址&test開始兩個字節（short占兩個字節）的內容轉化為short型數據，即為0x0032，再轉為int型為0x00000032，即50。輸出的結果就是50。當然，這里還涉及到字節及位的存儲順序問題，后面再說。

前面定義的結構體被稱為位結構體。所謂位結構體，是一種特殊的結構體，在需要按位訪問字節或字的一個或多個位時，位結構體比按位操作要更方便一些。
位結構體的定義方式如下：
struct [位結構體名]{
數據類型 變量名:整數常數;
...
}位結構變量;
說明：
1）這里的數據類型只能為int型（包括signed和unsigned）；
2）整數常數必須為0~15之間的整數，當該常數為1時，數據類型為unsigned（顯然嘛，只有一位，咋表示signed？光一符號？沒意義呀）；
3）按數據類型變量名:整數常數;方式定義的結構成員稱為位結構成員，好像也叫位域，在一個位結構體中，可以同時包含位結構成員及普通的結構成員；
4）位結構成員不能是指針或數據，但結構變量可以是指針或數據；
5）位結構體所占用的位數由各個位結構成員的位數總各決定。如在前面定義的結構體中，一共占用4+5+7＝16位，兩個字節。另外我們看到，在定義位結構成員時，必須指定數據類型，這個數據類型在位結構體占用多少內存時也起到不少的作用。舉個例子：
struct mybitfieldA{
char a:4;
char b:3;
}testA;

struct mybitfieldB{
short a:4;
short b:3;
}testB;
這里，testA占用一個字節，而testB占用兩個字節。知道原因了吧。在testA中，是以char來定義位域的，char是一個字節的，因此，位域占用的單位也按字節做單位，也即，如果不滿一個字節的話按一個字節算（未定義的位按零處理）。而在testB中，short為兩個字節，所以了，不滿兩個字節的都按兩個字節算（未定義位按零處理）

關于位結構體在內存中的存儲問題
Kevin's Theory #2: In a C structure that contains bit fields, if field A is defined in front of field B, then field A always occupies a lower bit address than field B. （來自http://www.linuxforum.net/forum/showflat.php?Cat=&Board=linuxk&Number=638637&page=0&view=collapsed&sb=5&o=all&fpart=all）
說的是，在C結構體中，如果一個位域A在另一個位域B之前定義，那么位域A將存儲在比B小的位地址中。
如果一個位域有多個位時，各個位的排列順序通常是按CPU的端模式(Endianess）來進行的，即在大端模式(big endian）下，高有效位在低位地址，小端模式則相反。
補充說明一個關于位域與普通結構成員一起使用的問題
先看一個例子
struct mybitfield{
char a:4;
char b:3;
char aa;
char c:1;}test;
這種情況下，test應該占幾個字節呢？2個（4+3+1＝8占一個字節，aa占一個）還是3個（4+3不足補一位，占一個字節，aa占一個字節，c占一個字節）？
寫個小程序驗證一下：

int main(int argc, char* argv[])
{
int i;
test.a = 1;
test.b = 1;
test.aa = 1;
test.c = 1;

i=*((short *)&test);
printf("%d /n",i);

return 0;
}

輸出結果是273，化為十六進制數0x111，可見是按三個字節來處理了（如果按兩個字節處理的話，cba組成一個字節，是10010001（十六進制0x91）再加上aa，那就應該是0x191了）

舉這個例子是為了說明一下，定義位域的話，最好是把所以有位域放在一起，這樣可以節省空間（如果把c和aa換一下位置，那test就只占兩個字節了）。另外也是為了強調一下位結構體的內存分配方式，按定義的先后順序來分配，而位域（或成員）內的字節順序則按照CPU的位順序來進行（一般與CPU的端模式對應）。

struct?mybitfields
{
unsigned?short?a?:?4;
unsigned?short?b?:?5;
unsigned?short?c?:?7;
}?test;
=>?sizeof(test)?==?2;

struct?mybitfields
{
unsigned?char?a?:?4;
unsigned?char?b?:?5;
unsigned?char?c?:?7;
}?test;
=>?sizeof(test)?==?3;

struct?mybitfields
{
unsigned?char?a?:?4;
unsigned?short?b?:?5;
unsigned?char?c?:?7;
}?test;
=>?sizeof(test)?==?6;

struct?mybitfields
{
unsigned?short?a?:?4;
unsigned?char?b?:?5;
unsigned?char?c?:?7;
}?test;
=>?sizeof(test)?==?4;

struct?mybitfields
{
unsigned?char?a?:?4;
unsigned?char?b?:?5;
unsigned?short?c?:?7;
}?test;
=>?sizeof(test)?==?4;

struct?mybitfields
{
unsigned?char?a?:?4;
unsigned?int?b?:?5;
unsigned?short?c?:?7;
}?test;
=>?sizeof(test)?==?12;

轉載于:https://www.cnblogs.com/llinzuxin/archive/2012/04/02/2950626.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的一个微软面试题--关于位结构体的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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