C/C++结构体的一个高级特性――指定成员的位数

 

宋宝华 21cnbao@21cn.com  sweek 在大多数情况下，我们一般这样定义结构体： struct student {        unsigned int sex;        unsigned int age; }; 对于一般的应用，这已经能很充分地实现数据了的“封装”。 但是，在实际工程中，往往碰到这样的情况：那就是要用一个基本类型变量中的不同的位表示不同的含义。譬如一个cpu内部的标志寄存器，假设为16 bit，而每个bit都可以表达不同的含义，有的表示结果是否为0，有的表示是否越界等等。这个时候我们用什么数据结构来表达这个寄存器呢？ 答案还是结构体！ 为达到此目的，我们要用到结构体的高级特性，那就是在基本成员变量的后面添加： : 数据位数 组成新的结构体： struct xxx {        成员1类型成员1 : 成员1位数;        成员2类型成员2 : 成员2位数;        成员3类型成员3 : 成员3位数; }; 基本的成员变量就会被拆分！这个语法在初级编程中很少用到，但是在高级程序设计中不断地被用到！ 例如： struct student {        unsigned int sex : 1;        unsigned int age : 15; }; 上述结构体中的两个成员sex和age加起来只占用了一个unsigned int的空间（假设unsigned int为16位）。 基本成员变量被拆分后，访问的方法仍然和访问没有拆分的情况是一样的，例如： struct student sweek; sweek.sex = MALE; sweek.age = 20; 虽然拆分基本成员变量在语法上是得到支持的，但是并不等于我们想怎么分就怎么分，例如下面的拆分显然是不合理的： struct student {        unsigned int sex : 1;        unsigned int age : 12; }; 这是因为1+12 = 13，不能再组合成一个基本成员，不能组合成char、int或任何类型，这显然是不能“自圆其说”的。 在拆分基本成员变量的情况下，我们要特别注意数据的存放顺序，这还与CPU是Big endian还是Little endian来决定。Little endian和Big endian是CPU存放数据的两种不同顺序。对于整型、长整型等数据类型，Big endian认为第一个字节是最高位字节（按照从低地址到高地址的顺序存放数据的高位字节到低位字节）；而Little endian则相反，它认为第一个字节是最低位字节（按照从低地址到高地址的顺序存放数据的低位字节到高位字节）。 我们定义IP包头结构体为： struct iphdr { #if defined(__LITTLE_ENDIAN_BITFIELD)        __u8       ihl:4,               version:4; #elif defined (__BIG_ENDIAN_BITFIELD)        __u8       version:4,             ihl:4; #else #error       "Please fix <asm/byteorder.h>" #endif        __u8       tos;        __u16       tot_len;        __u16       id;        __u16       frag_off;        __u8       ttl;        __u8       protocol;        __u16       check;        __u32       saddr;        __u32       daddr;        /*The options start here. */ }; 在Little endian模式下，iphdr中定义：        __u8       ihl:4,               version:4; 其存放方式为： 第1字节低4位 ihl 第1字节高4位 version （IP的版本号） 若在Big endian模式下还这样定义，则存放方式为： 第1字节低4位 version （IP的版本号） 第1字节高4位 ihl 这与实际的IP协议是不匹配的，所以在Linux内核源代码中，IP包头结构体的定义利用了宏： #if defined(__LITTLE_ENDIAN_BITFIELD) … #elif defined (__BIG_ENDIAN_BITFIELD) … #endif 来区分两种不同的情况。 由此我们总结全文的主要观点： （1）       C/C++语言的结构体支持对其中的基本成员变量按位拆分； （2）       拆分的位数应该是合乎逻辑的，应仍然可以组合为基本成员变量；

要特别注意拆分后的数据的存放顺序，这一点要结合具体的CPU的结构。

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