在求職筆試中，C中的位域是一個(gè)常考點(diǎn)，特別是在嵌入式軟件中更常見(jiàn)。位域的最大好處是可以根據(jù)自己需要定制位數(shù)，從而節(jié)省空間，例如：嵌入式編程稀缺的內(nèi)存資源。還有在網(wǎng)絡(luò)通訊中，對(duì)頭信息部分的結(jié)構(gòu)定義也常用到位域，少傳一位是一位啊。
這里來(lái)分析EMC的一道筆試題(07年招聘試題)：
1 typedef struct bitstruct
2 {
3 int b1:5;
4 int :2;
5 int b2:2;
6 }bitstruct;
7 int main(int argc, char *argv[])
8 {
9 bitstruct b;
10 printf("%d\n",sizeof(bitstruct));
11 memcpy(&b,"EMC Examination",sizeof(b));
12 printf("%d,%d\n",b.b1,b.b2);
13 return 0;
14 }
請(qǐng)問(wèn)在little-endian systems(系統(tǒng)默認(rèn)的存放順序)中，輸出結(jié)果是什么？
答案是
4
5，-2；
所需知識(shí)點(diǎn)：
1.位域的概念和特點(diǎn) C語(yǔ)言允許在一個(gè)結(jié)構(gòu)體中以位為單位來(lái)指定其成員所占內(nèi)存長(zhǎng)度，這種以位為單位的成員稱為“位段”或稱“位域”(bit field)。(1)位段成員的類型必須指定為unsigned或int類型；(2)若某一位段要從另一個(gè)字開(kāi)始存放，用:0長(zhǎng)度為0的空位段，作用就是使下一個(gè)位段從下一個(gè)存儲(chǔ)單位(視不同編譯系統(tǒng)而異)開(kāi)始存放；(3)一個(gè)位段必須存儲(chǔ)在同一存儲(chǔ)單元中，不能跨兩個(gè)單元；(4)可以定義無(wú)名字段例如"：2"；(5)位段的長(zhǎng)度不能大于存儲(chǔ)單元的長(zhǎng)度，也不能定義位段數(shù)組；(6)位段可以用整形格式符輸出；(7)位段可以在數(shù)值表達(dá)式中引用，它會(huì)被系統(tǒng)自動(dòng)地轉(zhuǎn)換成整形數(shù)。[1][3]
2.Little-endian systems的內(nèi)存布局特點(diǎn) 先問(wèn)一個(gè)問(wèn)題：Endian這個(gè)詞是什么意思？
“endian”這個(gè)詞出自《格列佛游記》。小人國(guó)的內(nèi)戰(zhàn)就源于吃雞蛋時(shí)是究竟從大頭(Big-Endian)敲開(kāi)還是從小頭(Little-Endian)敲開(kāi)，由此曾發(fā)生過(guò)六次叛亂，其中一個(gè)皇帝送了命，另一個(gè)丟了王位。
我們一般將endian翻譯成“
字節(jié)序”，將big endian和little endian稱作“大尾”和“小尾”。這也在當(dāng)今的CPU派別中一樣存在。Motorola的PowerPC系列CPU采用的Big-endian, Intel的X86系列CPU采用的是Little-endian。Little-endian的特點(diǎn)是高高低低，即高位地址存放最高有效字節(jié)，低位地址存放最低有效字節(jié)；而B(niǎo)ig-endian正好相反。下面用圖的方式說(shuō)明起來(lái)更直觀，例如0x12345678(
特別注意，這是單個(gè)數(shù)，不是字符串，如果是字符串就不一定這樣了。之前沒(méi)有特別注意這點(diǎn)，害的我多花了冤枉時(shí)間)。
Big Endian
低地址 高地址
----------------------------------------->
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| 12 | 34 | 56 | 78 |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Little Endian
低地址 高地址
----------------------------------------->
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| 78 | 56 | 34 | 12 |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
上面的字節(jié)序的不同，在單機(jī)的操作中沒(méi)有問(wèn)題，因?yàn)橐慌_(tái)單機(jī)就是采用單一的字節(jié)序嘛！但是在兩個(gè)不同的主機(jī)進(jìn)行協(xié)作時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題了；另外在網(wǎng)絡(luò)通訊中也同樣會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，詳細(xì)參考[2]
就單個(gè)字節(jié)而言，也會(huì)有這樣的問(wèn)題：比特序有差別嗎？
也分成兩種序，如果我們處理的基本單位是字節(jié)以上的話，對(duì)此就不必?fù)?dān)心了，因?yàn)镃PU存儲(chǔ)操作的最小單元是字節(jié)，所以比特位的順序?qū)ξ覀儊?lái)就是透明的，我們?cè)谧x取某個(gè)字節(jié)時(shí)，不管它用的是Big endian 還是Little endian，我們讀到的都是一個(gè)同樣的字節(jié)，只不過(guò)硬件在讀寫時(shí)的順序，一個(gè)是從高到底另一個(gè)是從低到高，對(duì)我們的使用不產(chǎn)生影響。但是如果涉及到位域的存放問(wèn)題，還是要特別小心，上面這道題就是一個(gè)非常的好的例子。
Big Endian
msb lsb
---------------------------------------------->
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Little Endian
lsb msb
---------------------------------------------->
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
3.memcpy()與strcpy()的區(qū)別 這個(gè)問(wèn)題很簡(jiǎn)單，可以想象成這樣：memcpy的基本單位是位，strcpy的基本單位是字符。所以，memcpy會(huì)根據(jù)提供的長(zhǎng)度完全按位拷貝，而strcpy是兩個(gè)字符串之間的拷貝。
回來(lái)原來(lái)的問(wèn)題上，在采用little endian的BUS64中，struct bitstruct在沒(méi)涉及到高低位問(wèn)題時(shí)，也就是我們平時(shí)常會(huì)畫出的一種形式是：
｛b1 b1 b1 b1 b1 Ø Ø b2 b2 Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø ØØØØØØØØ ØØØØØØØØ｝;
在內(nèi)存中的實(shí)際布局是：
低地址 高地址
-------------------------------------------------------------->
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| b2 Ø Ø b1 b1 b1 b1 b1 |Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø b2 |ØØØØØØØØ |ØØØØØØØØ |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Ø表示空填充，這當(dāng)中包含一個(gè)原則：一個(gè)位域的存放不可以跨字存放，但可以跨字節(jié)存儲(chǔ)；這里采用的比特續(xù)也是little endian，說(shuō)明了比特序?qū)Σ僮饕彩怯杏绊懙穆铮?br>
memcpy按位拷貝“EMC Examination”到b中，一個(gè)字符是8位; 又因?yàn)閟izeof(b)=4，所以只寫入"EMC "。"EMC "對(duì)應(yīng)的位序列是：{0100 0101 0100 1101 0100 0011 0010 0000}，從這里寫到內(nèi)存里的形式是：（在這里不要被little endian給迷惑了，E不是放在高地址，參看上面
紅色的特別注意）
低地址 高地址
-------------------------------------------------------------->
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| b2 Ø Ø b1 b1 b1 b1 b1 |Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø
b2 |ØØØØØØØØ
|ØØØØØØØØ
|
| 0 1 0 0 0 1 0 1
|0 1 0 0 1 1 0 1
|0100 0011
|0010 0000
| +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
printf("%d,%d\n",b.b1,b.b2);讀出來(lái)的b1是00101，它的值是5; b2是10，轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制是－2。
到了這一步，似乎題目已經(jīng)解答出來(lái)了，但還有兩個(gè)地方有疑惑：
1.struct bitstruct在內(nèi)存中的位存放順序是這樣的么？
低地址 高地址
-------------------------------------------------------------->
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | b2 Ø Ø b1 b1 b1 b1 b1 |Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø
b2 |ØØØØØØØØ
|ØØØØØØØØ
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
2.memcpy函數(shù)在按位拷貝時(shí)的拷貝順序是這樣的么？
低地址 高地址
-------------------------------------------------------------->
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| 01000101
| 01001101
|0100 0011
|0010 0000
| +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+關(guān)于上面兩個(gè)問(wèn)題的驗(yàn)證工作留給路過(guò)的朋友來(lái)做：－P ..... 歡迎批評(píng)指正
[1]譚浩強(qiáng) C程序設(shè)計(jì) 第二版 清華大學(xué)出版社
[2]http://blog.csdn.net/sunshine1314/archive/2008/04/20/2309655.aspx
[3]http://topic.csdn.net/t/20061207/10/5212742.html#
[4]http://elanso.com/ArticleModule/LmT3M6M6HGKzTDQcPKMGKAIi.html
[5]關(guān)于字節(jié)序與編碼的關(guān)聯(lián)請(qǐng)參考http://elanso.com/ArticleModule/LmT3M6M6HGKzTDQcPKMGKAIi.html