1. 概述
今天來點概念性的東西，如果在代碼中用到位運算和聯合體位域，是不是會顯得高級一些呢？哈哈。
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2. 位運算
在C語言中共提供了6中位運算符，具體如下：
& 按位與
| 按位或
^ 按位異或
~ 取反
<< 左移
>> 右移
2.1 按位與運算
按位與運算符"&"是雙目運算符。其功能是參與運算的兩數各對應的二進位相與。
只有對應的兩個二進位均為 1 時，結果位才為 1，否則為 0。參與運算的數以補碼方式
出現。
例如：9&5 可寫算式如下：
00001001 (9 的二進制補碼)
&00000101 (5 的二進制補碼)
00000001 (1 的二進制補碼)
可見 9&5=1。
按位與運算通常用來對某些位清 0 或保留某些位。例如把 a 的高八位清 0 ，保留低八
位，可作 a&255 運算( 255 的二進制數為 0000000011111111)。
2.2 按位或運算
按位或運算符“|”是雙目運算符。其功能是參與運算的兩數各對應的二進位相或。只
要對應的二個二進位有一個為 1 時，結果位就為 1。參與運算的兩個數均以補碼出現。
例如：9|5 可寫算式如下：
00001001
|00000101
00001101 (十進制為 13)可見 9|5=13
2.3 按位異或運算
按位異或運算符“^”是雙目運算符。其功能是參與運算的兩數各對應的二進位相異
或，當兩對應的二進位相異時，結果為 1。參與運算數仍以補碼出現。
例如 9^5 可寫成算式如下：
00001001
^00000101
00001100 (十進制為 12)
2.4 取反運算
求反運算符～為單目運算符，具有右結合性。其功能是對參與運算的數的各二進位按位
求反。
例如～9 的運算為：
~(0000000000001001)結果為：1111111111110110
2.5 左移運算
左移運算符“<<”是雙目運算符。其功能把“<< ”左邊的運算數的各二進位全部左移若
干位，由“<<”右邊的數指定移動的位數，高位丟棄，低位補 0。
例如：
a<<4
指把 a 的各二進位向左移動 4 位。如 a=00000011(十進制 3)，左移 4 位后為 00110000(十進制 48)。
2.6 右移運算
右移運算符“>>”是雙目運算符。其功能是把“>> ”左邊的運算數的各二進位全部右移若
干位，“>>”右邊的數指定移動的位數。
例如：
設 a=15，
a>>2
表示把 000001111 右移為 00000011(十進制 3)。
應該說明的是，對于有符號數，在右移時，符號位將隨同移動。當為正數時，最高位補
0，而為負數時，符號位為 1，最高位是補 0 或是補 1 取決于編譯系統的規定。Turbo C 和
很多系統規定為補 1。
3. 位域
有些信息在存儲時，并不需要占用一個完整的字節，而只需占幾個或一個二進制位。例
如在存放一個開關量時，只有 0 和 1 兩種狀態，用一位二進位即可。為了節省存儲空間，并
使處理簡便，Ｃ語言又提供了一種數據結構，稱為“位域”或“位段”。
所謂“位域”是把一個字節中的二進位劃分為幾個不同的區域，并說明每個區域的位數。
每個域有一個域名，允許在程序中按域名進行操作。這樣就可以把幾個不同的對象用一個字
節的二進制位域來表示。
3.1 位域的定義和位域變量的說明
位域定義與結構定義相仿，其形式為：
struct 位域結構名
{ 位域列表 };
其中位域列表的形式為：
類型說明符 位域名：位域長度
例如：
struct bits
{
int a:8;
int b:2;
int c:6;
};
位域變量的說明與結構體變量說明的方式相同。 可采用先定義后說明，同時定義說明或
者直接說明這三種方式。
例如：
struct bits
{
int a:8;
int b:2;
int c:6;
}data;
說明 data 為 bits 變量，共占兩個字節。其中位域 a 占 8 位，位域 b 占 2 位，位域 c 占 6
位。
對于位域的定義尚有以下幾點說明：
- 一個位域必須存儲在同一個字節中，不能跨兩個字節。如一個字節所剩空間不夠存放另一位域時，應從下一單元起存放該位域。也可以有意使某位域從下一單元開始。
例如：
struct bits
{
unsigned a:4
unsigned :0 /*空域*/
unsigned b:4 /*從下一單元開始存放*/
unsigned c:4
}
在這個位域定義中，a 占第一字節的 4 位，后 4 位填 0 表示不使用，b 從第二字節開始，占用 4 位，c 占用 4 位。
- 由于位域不允許跨兩個字節，因此位域的長度不能大于一個字節的長度，也就是說 不能超過 8 位二進位。
- 位域可以無位域名，這時它只用來作填充或調整位置。無名的位域是不能使用的。
例如：
struct bits
{
int a:1
int :2 /*該 2 位不能使用*/
int b:3
int c:2
};
從以上分析可以看出，位域在本質上就是一種結構類型，不過其成員是按二進位分配的。
3.2 位域的使用
位域的使用和結構成員的使用相同，其一般形式為：
位域變量名·位域名
位域允許用各種格式輸出。
main(){
struct bs
{
unsigned a:1;
unsigned b:3;
unsigned c:4;
} bit,*pbit;
bit.a=1;
bit.b=7;
bit.c=15;
printf("%d,%d,%d\n",bit.a,bit.b,bit.c);
pbit=&bit;
pbit->a=0;
pbit->b&=3;
pbit->c|=1;
printf("%d,%d,%d\n",pbit->a,pbit->b,pbit->c);
}
3.3 位域總結
- 位運算是Ｃ語言的一種特殊運算功能， 它是以二進制位為單位進行運算的。位運
算符只有邏輯運算和移位運算兩類。位運算符可以與賦值符一起組成復合賦值符。
如&=,|=,^=,>>=,<<=等。 - 利用位運算可以完成匯編語言的某些功能，如置位，位清零，移位等。還可進行數
據的壓縮存儲和并行運算。 - 位域在本質上也是結構類型，不過它的成員按二進制位分配內存。其定義、說明及
使用的方式都與結構相同。 - 位域提供了一種手段，使得可在高級語言中實現數據的壓縮，節省了存儲空間，同
時也提高了程序的效率。
4. 聯合體
聯合體也叫共用體，是一種特殊的類，也是一種構造類型的數據結構。在一個聯合體內能夠定義多種不同的數據類型。一個被說明為該聯合體類型的變量中。同意裝入該聯合體所定義的不論什么一種數據。這些數據共享同一段內存，以達到節省空間的目的。
聯合體有兩個特性：
1. 在union中，分配內存空間的大小，等于占內存最大的數據類型字節大小。
2. 共享同一段內存
下面就驗證一下這兩個特性：
union Bits {
int a;
double b;
};
- (void)unionTest {
union Bits bits;
bits.a = 4;
bits.b = 8.0;
NSLog(@"bits size = %ld字節", sizeof(bits));
NSLog(@"a address = %p, b address = %p", &bits.a, &bits.b);
NSLog(@"a = %d, b = %f", bits.a, bits.b);
}
unionTest方法中，按照聯合體特性bit的大小應該是8字節（由Double決定的），a和b的地址應該是相同的，并且先給a賦值，再給b賦值，那么b的值會將a的值覆蓋，下面看結果。
GYMDemo[8709:405491] bits size = 8字節
GYMDemo[8709:405491] a address = 0x7ffee72d70b8, b address = 0x7ffee72d70b8
GYMDemo[8709:405491] a = 0, b = 8.000000
5. 聯合體位域
了解了上面的聯合體、位域，下面看看聯合體位域，為什么會提到這個呢？后續的文章會用到哦。
聯合體位域其實就是聯合體和位域組合成的結構，看示例：
union Isa {
Class cls;
struct Bits {
int a : 2;
int b : 4;
int c : 4;
}bits;
};
上面的這種結構即是聯合體位域的一個示例，聯合體Isa中的cls和bits只能有一個是有值，從而節省了空間，而bits又是位域，能存儲很多數據，節省空間，所以聯合體位域能夠大大的節省空間。
注：部分內容為了定義的準確性，參考了譚浩強老師的《C語言程序設計》
原文作者：Daniel_Coder
原文地址：https://blog.csdn.net/guoyongming925/article/details/108897420
