iOS位运算及联合体位域
1. 概述
今天来点概念性的东西，如果在代码中用到位运算和联合体位域，是不是会显得高级一些呢？哈哈。
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2. 位运算
在C语言中共提供了6中位运算符，具体如下：
& 按位与
| 按位或
^ 按位异或
~ 取反
<< 左移
>> 右移
2.1 按位与运算
按位与运算符"&"是双目运算符。其功能是参与运算的两数各对应的二进位相与。
只有对应的两个二进位均为 1 时，结果位才为 1，否则为 0。参与运算的数以补码方式
出现。
例如：9&5 可写算式如下：
00001001 (9 的二进制补码)
&00000101 (5 的二进制补码)
00000001 (1 的二进制补码)
可见 9&5=1。
按位与运算通常用来对某些位清 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 运算( 255 的二进制数为 0000000011111111)。
2.2 按位或运算
按位或运算符“|”是双目运算符。其功能是参与运算的两数各对应的二进位相或。只
要对应的二个二进位有一个为 1 时，结果位就为 1。参与运算的两个数均以补码出现。
例如：9|5 可写算式如下：
00001001
|00000101
00001101 (十进制为 13)可见 9|5=13
2.3 按位异或运算
按位异或运算符“^”是双目运算符。其功能是参与运算的两数各对应的二进位相异
或，当两对应的二进位相异时，结果为 1。参与运算数仍以补码出现。
例如 9^5 可写成算式如下：
00001001
^00000101
00001100 (十进制为 12)
2.4 取反运算
求反运算符～为单目运算符，具有右结合性。其功能是对参与运算的数的各二进位按位
求反。
例如～9 的运算为：
~(0000000000001001)结果为：1111111111110110
2.5 左移运算
左移运算符“<<”是双目运算符。其功能把“<< ”左边的运算数的各二进位全部左移若
干位，由“<<”右边的数指定移动的位数，高位丢弃，低位补 0。
例如：
a<<4
指把 a 的各二进位向左移动 4 位。如 a=00000011(十进制 3)，左移 4 位后为 00110000(十进制 48)。
2.6 右移运算
右移运算符“>>”是双目运算符。其功能是把“>> ”左边的运算数的各二进位全部右移若
干位，“>>”右边的数指定移动的位数。
例如：
设 a=15，
a>>2
表示把 000001111 右移为 00000011(十进制 3)。
应该说明的是，对于有符号数，在右移时，符号位将随同移动。当为正数时，最高位补
0，而为负数时，符号位为 1，最高位是补 0 或是补 1 取决于编译系统的规定。Turbo C 和
很多系统规定为补 1。
3. 位域
有些信息在存储时，并不需要占用一个完整的字节，而只需占几个或一个二进制位。例
如在存放一个开关量时，只有 0 和 1 两种状态，用一位二进位即可。为了节省存储空间，并
使处理简便，Ｃ语言又提供了一种数据结构，称为“位域”或“位段”。
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。
3.1 位域的定义和位域变量的说明
位域定义与结构定义相仿，其形式为：
struct 位域结构名
{ 位域列表 };
其中位域列表的形式为：
类型说明符 位域名：位域长度
例如：
struct bits
{
int a:8;
int b:2;
int c:6;
};
位域变量的说明与结构体变量说明的方式相同。 可采用先定义后说明，同时定义说明或
者直接说明这三种方式。
例如：
struct bits
{
int a:8;
int b:2;
int c:6;
}data;
说明 data 为 bits 变量，共占两个字节。其中位域 a 占 8 位，位域 b 占 2 位，位域 c 占 6
位。
对于位域的定义尚有以下几点说明：
- 一个位域必须存储在同一个字节中，不能跨两个字节。如一个字节所剩空间不够存放另一位域时，应从下一单元起存放该位域。也可以有意使某位域从下一单元开始。
例如：
struct bits
{
unsigned a:4
unsigned :0 /*空域*/
unsigned b:4 /*从下一单元开始存放*/
unsigned c:4
}
在这个位域定义中，a 占第一字节的 4 位，后 4 位填 0 表示不使用，b 从第二字节开始，占用 4 位，c 占用 4 位。
- 由于位域不允许跨两个字节，因此位域的长度不能大于一个字节的长度，也就是说 不能超过 8 位二进位。
- 位域可以无位域名，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。
例如：
struct bits
{
int a:1
int :2 /*该 2 位不能使用*/
int b:3
int c:2
};
从以上分析可以看出，位域在本质上就是一种结构类型，不过其成员是按二进位分配的。
3.2 位域的使用
位域的使用和结构成员的使用相同，其一般形式为：
位域变量名·位域名
位域允许用各种格式输出。
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 位域总结
- 位运算是Ｃ语言的一种特殊运算功能， 它是以二进制位为单位进行运算的。位运
算符只有逻辑运算和移位运算两类。位运算符可以与赋值符一起组成复合赋值符。
如&=,|=,^=,>>=,<<=等。 - 利用位运算可以完成汇编语言的某些功能，如置位，位清零，移位等。还可进行数
据的压缩存储和并行运算。 - 位域在本质上也是结构类型，不过它的成员按二进制位分配内存。其定义、说明及
使用的方式都与结构相同。 - 位域提供了一种手段，使得可在高级语言中实现数据的压缩，节省了存储空间，同
时也提高了程序的效率。
4. 联合体
联合体也叫共用体，是一种特殊的类，也是一种构造类型的数据结构。在一个联合体内能够定义多种不同的数据类型。一个被说明为该联合体类型的变量中。同意装入该联合体所定义的不论什么一种数据。这些数据共享同一段内存，以达到节省空间的目的。
联合体有两个特性：
1. 在union中，分配内存空间的大小，等于占内存最大的数据类型字节大小。
2. 共享同一段内存
下面就验证一下这两个特性：
union Bits {
int a;
double b;
};
- (void)unionTest {
union Bits bits;
bits.a = 4;
bits.b = 8.0;
NSLog(@"bits size = %ld字节", 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，按照联合体特性bit的大小应该是8字节（由Double决定的），a和b的地址应该是相同的，并且先给a赋值，再给b赋值，那么b的值会将a的值覆盖，下面看结果。
GYMDemo[8709:405491] bits size = 8字节
GYMDemo[8709:405491] a address = 0x7ffee72d70b8, b address = 0x7ffee72d70b8
GYMDemo[8709:405491] a = 0, b = 8.000000
5. 联合体位域
了解了上面的联合体、位域，下面看看联合体位域，为什么会提到这个呢？后续的文章会用到哦。
联合体位域其实就是联合体和位域组合成的结构，看示例：
union Isa {
Class cls;
struct Bits {
int a : 2;
int b : 4;
int c : 4;
}bits;
};
上面的这种结构即是联合体位域的一个示例，联合体Isa中的cls和bits只能有一个是有值，从而节省了空间，而bits又是位域，能存储很多数据，节省空间，所以联合体位域能够大大的节省空间。
注：部分内容为了定义的准确性，参考了谭浩强老师的《C语言程序设计》
原文作者：Daniel_Coder
原文地址：https://blog.csdn.net/guoyongming925/article/details/108897420
