[牛人杂谈] C语言总结——段位结构体与补码

最近在进行C语言复习，不借助课本死知识，试图直接通过某些方式进行推理验证，来得出一些听过的和没听过的、还有忘记的结论。

比较浅，适合初学者看。但也有一些不容易发现的小规律能够涨姿势。

1.直接上题，这也算一个面试题吧，让你解释打印结果：

struct bit

{  int a:3;

  int  b:2;

   int c:3;

};



int main()

{

  bit s;

 char *c=(char*)&s;

  cout<<sizeof(bit)<<endl;

 *c=0x99;

  cout << s.a <<endl<<s.b<<endl<<s.c<<endl;

  int a=-1;

  printf("%x",a);

 return 0;

}

root@v:/usr/local/C-test/analysis# ./a.out

4

1

-1

-4

ffffffffroot@v:/usr/local/C-test/analysis#

我一分析就分析错了?这都 哪跟哪 ?退一步两步，然后根据答案也没说对~！

这个题不难，答不对其实是一些基础知识淡忘和遗漏造成的。

要注意，第一个4是sizeof输出的，由于没加文字性描述，容易误认4为第一个输出（最主要原因是最后一个没换行，linux输出容易忽略那一行，认为前三个是abc第四个是-1，其实第五个才是-1），到时候就更摸不着头脑了——当然，有电脑时你可以自己加文字描述，在纸上不会出现命令行干扰，这个问题可以解决。

2.引用一段关于段位结构的定义（精简版）：

    位结构定义的一般形式为:

     struct位结构名{

          数据类型 变量名: 整型常数;

          数据类型 变量名: 整型常数;

     } 位结构变量;

     其中: 数据类型 必须 是int(unsigned或signed)。 整型 常数 必须是 非负 的整数, 范围 是0~15, 表示二进制位的个数, 即 表示有多少位 。 变量名是选择项, 可以不命名, 这样规定是为了排列需要。

    例如: 下面定义了一个位结构。

struct{ 



  unsigned incon: 8;  /*incon占用低字节的0~7共8位*/ 



  unsigned txcolor: 4;/*txcolor占用高字节的0~3位共4位*/ 



  unsigned bgcolor: 3;/*bgcolor占用高字节的4~6位共3位*/ 



  unsigned blink: 1;  /*blink占用高字节的第7位*/ 



     }ch;

位结构成员的访问与结构成员的访问方式是相同的，访问上例位结构中的bgcolor成员可写成:

      ch.bgcolor

    注意:

    1. 位结构中的成员 可以 定义为unsigned, 也可 定义为signed,  但 当成员长度为1时 , 会被认为是unsigned类型 。因为单个位不可能具有符号。 （实测：int默认）  

    2. 位结构中的成员 不能使用 数组和指针 , 但 位结构变量（不是位结构变量的成员变量） 可以是 数组和指针, 如果是指针, 其成员访问方式同结构指针。

    3. 位结构总长度(位数), 是各个位成员定义的位数之和,  可以超过两个字节。

    4. 位结构成员可以与其它结构成员一起使用。

  例如:

struct info{ 



  char name[8]; 



  int age; 



  struct addr address; 



  float pay; 



  unsigned state: 1; 



  unsigned pay: 1; 



  }workers;

上例的结构定义了关于一个工从的信息。其中有两个位结构成员, 每个位结构成员只有一位, 因此只占一个字节但保存了两个信息, 该字节中第一位表示工人的状态, 第二位表示工资是否已发放。由此可见使用位结构可以节省存贮空间。

光参考这些定义，是解决不了这个题的。 下面看看另一个问题，补码~~

3.计算机存储形式——补码

int a=-1;

    printf("%x",a);

首先，看到那个printf了吧，其他都是cout，突然来个printf，是不是很突兀？更绝的是，此处定义了一个a，跟前边根本没关系。

其实，它是题目的提示信息（不是提示的话突然搞这么个输出语句不是蛋疼么，看来这和高考一样，有出题和答题技巧 ），-1输出的ffffffff是提示信息，它提示了你计算机的存储形式——用%x控制输出16进制能看清它在计算机中的的存储形式是补码。

那么什么是补码呢？也算基础知识了，这里就不详细说什么原码、反码、补码的定义和区别了，直接上原码补码换算方法：

补码，顾名思义，互补，补全，也可以参考“集合”的定义，一个全集中有子集A，A和否A，两者相补刚好满。说白了这叫模运算。比如二进制中单个位上进行的就是模运算，1+1 == 2，进位10或者不进位0，原来的位上取都取0.

以八位二进制为例，模为2的八次幂，即1111 1111 + 1，没法用1 0000 0000表示，因为没那么长~~

正数（补码和原码相同）：+11

二进制：0000 1011

原码：0000 1011

负数：-7

二进制（这里还不涉及符号，只是二进制数）：0000 1111

原码（第一位为符号位，负数符号位1）：1000 1111

小结：正数不变，负数除符号位，变反+1，总之，原码补码相加应该等于模的倍数。

4.分析原题

有了段位结构体和补码的基础后，再来分析原题：

废话就不多说了，还是设立对照组，利用printf打印参数发现规律和问题。经过多次改进，终于弄出一个比较完整有效的参照实验：

#include<stdio.h>

#include<iostream>

struct bit{

  int a:3;

  int b:2;

  int c:3;

};

//看看int默认是有符号还是无符号？

int main(){

  bit s;

  char *c = (char*) &s;

  printf("before assignment : s is %x\n",*c);

  printf("and a/b/c is :\n");

  std::cout << s.a << std::endl << s.b << std::endl << s.c << std::endl;

  printf("s.a:%x\ns.b:%x\ns.c:%x\n",s.a,s.b,s.c);



  *c = 0x99;

  printf("after assignment : s is %x\n",*c);



  printf("sizeof(bit) s is %d\n",sizeof(bit));





  std::cout << s.a << std::endl << s.b << std::endl << s.c << std::endl;

  printf("s:%x\n",s);

  printf("s.a:%x\ns.b:%x\ns.c:%x\n",s.a,s.b,s.c);



}





打印：

# ./a.out

before assignment : s is ffffffc9

and a/b/c is :

1

1

-2

s.a:1

s.b:1

s.c:fffffffe

after assignment : s is ffffff99

sizeof(bit) s is 4

1

-1

-4

s:8048899

s.a:1

s.b:ffffffff

s.c:fffffffc

可以看到虽然struct bit中只有3+2+3 == 8 个比特位， 但是还是占用了4个字节 ，共32个比特位（但是这不影响用一个char指针就给他们三个赋值，因为他们三个占用的一个字节在整个struct bit中的地址最小（ 大端 ），char指针正好指向那个地址）。

由于改进了实验代码，可以直接从结果看出，struct bit中低8位是被赋值0x99了， 但是 高24位 被 缺省 弄成0xffffff了 ，这是从 整个struct bit声明时就存在的。从现在看，无法撼动！！！

特例：除非用指针改——比如*(c+1) = 0x00，手贱的我还是试了，用

不成功。怀疑有保护， 不过因为已经证实前边的那堆default产生的ffffff对结果没影响，暂时也就没必要深究了。

s.a，s.b，s.c分别占用几个bit位，就按几个bit位算，不干前边的事。想想也是，那样的话也太悲剧了吧，头一个比特变量（比如s.a）永远受前边影响（s.c:1111 1111 1111 1111 1111 1111 110），没法算准，特例之中还有特例，用std::cout来操作s.a，s.b，s.c是没事了，但是用其他 不匹配的指针操作， 例如 ：

printf("before assignment : s is %x\n",*c);

        printf("s.a:%x\ns.b:%x\ns.c:%x\n",s.a,s.b,s.c);

的打印结果：

ffffff99
s.a:1
s.b:ffffffff
s.c:fffffffc