C语言中的位域

表示一个bool值，只要0和1两种状态，但是不得不使用char来表示，这会造成浪费。而位域就是可以让我们精细地控制位大小的方法。

所谓"位域"是把一个字节中的二进位划分为几个不同的区域，并说明每个区域的位数。每个域有一个域名，允许在程序中按域名进行操作。这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示。

位域的类型不可以是浮点型，可以是整型或字符型。它会像正常的类型一样参与运算，只是比特位不同，运算规则是相同的。

一个例子：

struct bs{
    int a:8;
    int b:2;
    int c:6;
}data;

可以存在空域

struct bs{
    unsigned a:4;
    unsigned  :4;    /* 空域 */
    unsigned b:4;    /* 从下一单元开始存放 */
    unsigned c:4
}

• 位域的宽度不能超过它所依附的数据类型的长度，成员变量都是有类型的，这个类型限制了成员变量的最大长度，: 后面的数字不能超过这个长度。
• 位域可以是无名位域，这时它只用来作填充或调整位置。无名的位域是不能使用的。

字节对齐

结构体大小与内部声明的成员变量类型和顺序有关，也与对齐方式有关。

C语言结构体字节对齐有几个准则：

1. 各成员变量在类内起始地址偏移必须是成员大小的整数倍。因为访问数据的地址要满足一定的条件，能被这个数据的长度所整除。 例如，1字节数据必定是对齐的，2字节的数据的偏移要被2整除，4字节的数据地址要被4整除。

2. 这个类的总大小必须是最大成员的整数倍。（或者可以说：struct末尾如果紧贴着一个相同类型的struct，必须满足够使下一个struct内成员对齐）

强制对齐可以使结构体按照指定大小对齐，使用#pragma pack(n)指定对齐大小；使用#pragma pop恢复对齐状态。

未对齐的数据会导致CPU：

1. 产生一个异常条件
2. 执行多次对齐访问，以便读取完整的未对齐数据值。（因为地址存取粒度不是单字节，而是双字节、四字节等）

位域的对齐

• 如果相邻位域字段的类型相同，且其位宽之和小于类型的 sizeof 大小，则后面的字段将紧邻前一个字段存储，直到不能容纳为止；
• 如果相邻位域字段的类型相同，但其位宽之和大于类型的 sizeof 大小，则后面的字段将从新的存储单元开始，其偏移量为其类型大小的整数倍；
• 如果相邻的位域字段的类型不同，后面字段从下一个单元开始。
• 整个结构体的总大小为最宽基本类型成员大小的整数倍。

参考

• 数据对齐详解 - 猿大白 - 博客园 (cnblogs.com)
• 位域及对齐_cany1000的博客-CSDN博客_位域对齐