前言

對于大多數單片機來說，片內的 RAM 空間通常都比片內 ROM 空間小，開發過程中，RAM 空間不足的情況更為常見，那么現在就來講講在編程的過程中，如何更加高效地利用好本就不充裕的 RAM 資源。

位域簡介

百度百科關于位域的定義如下：

C語言允許在一個結構體中以位為單位來指定其成員所占內存長度，這種以位為單位的成員稱為“位段”或稱“位域”( bit field) 。

理解位域的定義其實很簡單，抓住兩個關鍵點就行：

• 在一個結構體中
• 以位為單位

在如下的結構體中，定義了兩個成員變量 field_1 和 field_2 ：

struct Bit_Field_t
{
    unsigned char field_1      :4;
    unsigned char field_2      :4;
};

其中成員 field_1 占用 4bit 內存空間，成員 field_2 占用 4bit 內存空間，共計占用 8bit 的內存空間；在結構體 Bit_Field_t 中，成員 field_1 和 field_2 所占用的內存長度是以位為單位來指定的，所以成員 field_1 和 field_2 都叫位段（位域）。

使用位域最大的好處就是可以節省內存，以上述的位域為例：

struct Bit_Field_t
{
    unsigned char field_1      :4;
    unsigned char field_2      :4;
};
struct Bit_Field_t Bit_Field;

這個位域總共占用 8bit 內存空間，所以定義出來的變量 Bit_Field 只會占用一個字節的內存空間。

如果不用位域，就定義普通的結構體成員變量：

struct Bit_Field_t
{
    unsigned char field_1;
    unsigned char field_2;
};
struct Bit_Field_t Bit_Field;

那么這個結構體變量 Bit_Field 就會占用兩字節（假設結構體字節對齊）的內存空間。

需要注意的是，2^4=16，所以用位域的方式定義成員變量 field_1 和 field_2 時，field_1 和 field_2 所能存儲的數據范圍是 0~15。

位域在程序開發中的妙用

實際開發過程中，可以發現很多信息其實用 0 或 1 就可以表示清楚了，例如按鍵狀態。

假設有 8 個按鍵，按鍵觸發時為 1 ，空閑時為 0。當需要將這八個按鍵的狀態保存到變量里，提供給其他功能模塊調用獲取按鍵狀態時，最簡單的方法就是定義 8 個 unsigned char 的變量，為了方便其他功能模塊調用，可以是數組模式或者是結構體模式，例如：

//數組形式
unsigned char key_state[8] = {0x00};


//結構體形式
struct key_sta_t
{
    unsigned char key_0;
    unsigned char key_1;
    ......
    unsigned char key_6;
    unsigned char key_7;

}key_state;


//key_state[0] 或者 key_state.key_0 就表示按鍵0的狀態

不管是采用哪種方式，都會占用8字節的內存空間（假設結構體字節對齊）。

仔細分析，其實一個按鍵只有 0 和 1 兩種狀態，一個按鍵的狀態用 1bit 的內存空間存儲就足夠了，8個按鍵就剛好一個字節內存空間，這時候用位域的方式就非常合適了，例如：

//位域形式
struct key_sta_t
{
    unsigned char key_0        :1;
    unsigned char key_1        :1;
    ......
    unsigned char key_6        :1;
    unsigned char key_7        :1;

}key_state;


//key_state.key_0 表示按鍵0狀態

如果再優化一下，在位域的基礎上再加上聯合體，那就更加實用了，例如：

union key_sta_t
{
    unsigned char res;
    struct
    {
       unsigned char key_0        :1;
       unsigned char key_1        :1;
       ......
       unsigned char key_6        :1;
      unsigned char key_7        :1;     

    }key_bit;

}key_state;

使用 key_state.key_bit.key_0 就可以表示按鍵0的狀態；有趣的來了，由于聯合體中所有成員占用的是同一段內存，所以 有如下對應關系：

key_state.key_bit.key_0  == >  key_state.res 的 bit0
key_state.key_bit.key_7  == >  key_state.res 的 bit7

這樣的話就可以很輕松地判斷組合按鍵了。

例如按鍵0和按鍵1同時按下，那么就會有如下狀態：

key_state.key_bit.key_0 = 1;
key_state.key_bit.key_1 = 1;
key_state.res = 3;

我們只需要判斷 key_state.res 的值就可以知道那些組合按鍵被觸發了，如果需要清除所有按鍵狀態時，只需要將 key_state.res 清零即可，是不是十分方便！