結構體、聯(lián)合體嵌套使用的實用操作！

結構體、聯(lián)合體是C語言中的構造類型，結構體我們平時應該都用得很多。但是，對于聯(lián)合體，一些初學的朋友可能用得并不多，甚至感到陌生。我們先簡單看一下聯(lián)合體：

在C語言中定義聯(lián)合體的關鍵字是union。

定義一個聯(lián)合類型的一般形式為：

union?聯(lián)合名
{
成員表
};

成員表中含有若干成員，成員的一般形式為：類型說明符 成員名。其占用的字節(jié)數(shù)與成員中最大數(shù)據(jù)類型占用的字節(jié)數(shù)。

下面我們一起看一下結構體、聯(lián)合體結合使用在C語言、嵌入式中的一些實用技巧。

1、應用于管理不同的數(shù)據(jù)

示例代碼：

enum?DATA_PKG_TYPE
{
????DATA_PKG1?=?1,
????DATA_PKG2,
????DATA_PKG3????
};

struct?data_pkg1
{
????//?...
};

struct?data_pkg2
{
????//?...
};

struct?data_pkg3
{
????//?...
};

struct?data_pkg
{
????enum?DATA_PKG_TYPE?data_pkg_type;
????union?
????{
???????struct?data_pkg1?data_pkg1_info;
??     struct?data_pkg2?data_pkg2_info;
??     struct?data_pkg3?data_pkg3_info;
????}data_pkg_info;
};

這里把struct data_pkg1、struct data_pkg2、struct data_pkg3三個結構體放到了struct data_pkg這個結構體里進行管理，把data_pkg_type與union里的三個結構體建立一一對應關系，我們需要用哪一結構體數(shù)據(jù)就通過data_pkg_type來進行選中。

在進行數(shù)據(jù)組包的時候，先給data_pkg_type進行賦值，確定數(shù)據(jù)包的類型，再給對應的union里的結構體進行賦值；在進行數(shù)據(jù)解析的時候，通過data_pkg_type來選擇解析哪一組數(shù)據(jù)。

思考一下，如果在union里面再嵌套一層union會怎么樣？會變得更復雜？以前的話，我會覺得越嵌套會越復雜，我也很抵制這種不斷嵌套的做法。但后來看了我同事魚鷹（公眾號：魚鷹談單片機）的設計之后，我驚呆了！這可太秀了，他就是這么嵌套使用把原本復雜的系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理得明明白白的。我們看他怎么設計的（看個大概的圖）：

可以看到最左邊和最右邊這就建立起了一一對應關系，我們的模塊很多，數(shù)據(jù)很多，但是在這樣的設計中顯得很清晰、很容易維護。

2、寄存器、狀態(tài)變量封裝

我們看一看TI的寄存器封裝是怎么做的：

所有的寄存器被封裝成聯(lián)合體類型的，聯(lián)合體里邊的成員是一個32bit的整數(shù)及一個結構體，該結構體以位域的形式體現(xiàn)。這樣就可以達到直接操控寄存器的某些位了。比如，我們要設置PA0引腳的GPAQSEL1寄存器的[1:0]兩位都為1，則我們只操控兩個bit就可以很方便的這么設置：

GpioCtrlRegs.GPAQSEL1.bit.GPIO0?=?3

或者直接操控整個寄存器：

GpioCtrlRegs.GPAQSEL1.all?|=0x03?

位域相關文章：【C語言筆記】位域

如果不是工作于芯片原廠，寄存器的封裝應該離我們很遠。但我們可以學習使用這種方法，然后用于我們的實際應用開發(fā)中。

下面就看一種實際應用：管理一些狀態(tài)變量。

示例代碼：

union?sys_status
{
???uint32?all_status;
???struct?
???{
??????bool?status1:??1;?//?FALSE?/?TRUE
??????bool?status2:??1;?//?
??????bool?status3:??1;?//?
??????bool?status4:??1;?//?
??????bool?status5:??1;?//?
??????bool?status6:??1;?//?
??????bool?status7:??1;?//?
??????bool?status8:??1;?//?
??????bool?status9:??1;?//?
??????bool?status10:?1;?//?
???//?...
??}bit;
};

之前記得群里有一位小伙伴問系統(tǒng)有幾十個狀態(tài)變量需要管理，怎么做比較好。如上例子就是比較好的一種管理方法。

3、數(shù)據(jù)組合/拆分、大小端

（1）驗證大小端

#include?

typedef?unsigned?int??uint32_t;
typedef?unsigned?char?uint8_t;

union?bit32_data
{
????uint32_t?data;
????struct?
????{
????????uint8_t?byte0;
????????uint8_t?byte1;
????????uint8_t?byte2;
????????uint8_t?byte3;
????}byte;
};

int?main(void)
{
????union?bit32_data?num;
????
????num.data?=?0x12345678;
?
?   if?(0x78?==?num.byte.byte0)
?   {
??    printf("Little?endian\n");
   ?}
   ?else?if?(0x78?==?num.byte.byte3)
   ?{
?    ?printf("Big?endian\n");
   ?}else{}

????return?0;
}

運行結果：

（2）數(shù)據(jù)組合、拆分

這其實也就是上一篇文章《面試題 | 獲取整數(shù)各個字節(jié)》介紹的。在數(shù)據(jù)組合與拆分之前首先需要確實當前平臺的大小端。比如小編使用的平臺是小端模式。

① 把0x12345678拆分成0x78、0x56、0x34、0x12：

#include?

typedef?unsigned?int??uint32_t;
typedef?unsigned?char?uint8_t;

union?bit32_data
{
????uint32_t?data;
????struct?
????{
????????uint8_t?byte0;
????????uint8_t?byte1;
????????uint8_t?byte2;
????????uint8_t?byte3;
????}byte;
};

int?main(void)
{
????union?bit32_data?num;
????
????num.data?=?0x12345678;

????printf("byte0?=?0x%x\n",?num.byte.byte0);
????printf("byte1?=?0x%x\n",?num.byte.byte1);
????printf("byte2?=?0x%x\n",?num.byte.byte2);
????printf("byte3?=?0x%x\n",?num.byte.byte3);

????return?0;
}

運行結果：

② 把0x78、0x56、0x34、0x12組合成0x12345678：

#include?

typedef?unsigned?int??uint32_t;
typedef?unsigned?char?uint8_t;

union?bit32_data
{
????uint32_t?data;
????struct?
????{
????????uint8_t?byte0;
????????uint8_t?byte1;
????????uint8_t?byte2;
????????uint8_t?byte3;
????}byte;
};

int?main(void)
{
????union?bit32_data?num;
????
????num.byte.byte0?=?0x78;
?num.byte.byte1?=?0x56;
?num.byte.byte2?=?0x34;
?num.byte.byte3?=?0x12;

????printf("num.data?=?0x%x\n",?num.data);

????return?0;
}

運行結果：

但是數(shù)據(jù)組合與拆分有更好的方法：移位操作。篇幅有限不再貼出代碼，詳細代碼可參考：《面試題 | 獲取整數(shù)各個字節(jié)》、《C語言、嵌入式位操作精華技巧大匯總》兩篇文章。

4、結構體 & 緩沖區(qū)

#define?BUF_SIZE?16
union?protocol_data
{
?uint8_t?data_buffer[BUF_SIZE];
?struct?
?{
??uint8_t?data1;
??uint8_t?data2;
??uint8_t?data3;
??uint8_t?data4;
??//?...
?}data_info;
};

這種應用得很廣泛，用于自定義通信協(xié)議。struct里面的內(nèi)容可以設計得很簡單，比如全是有用的數(shù)據(jù)，或是設計得很復雜，包含一些協(xié)議頭尾、包長、有效數(shù)據(jù)、校驗等內(nèi)容。

但無論如何，我們組包發(fā)送的過程是填充結構體->發(fā)送data_buffer；反之接收數(shù)據(jù)解析的過程就是接收數(shù)據(jù)存于data_buffer->使用結構體數(shù)據(jù)。我們之前分享的《干貨 | protobuf-c之嵌入式平臺使用》也是這個思路。

5、傳輸浮點數(shù)據(jù)

union?f_data?
{
?float?f;
?struct
?{
??unsigned?char?byte[4];
?};
}

類似的，使用這樣子的方法可以用于傳輸浮點數(shù)，更具體地不再展開，網(wǎng)絡上有很多這一塊的資料。感興趣的朋友可以自己操作驗證驗證。

END

來源：嵌入式大雜燴，作者：ZhengNL

---

版權歸原作者所有，如有侵權，請聯(lián)系刪除。

▍ 推薦閱讀

成功為華為“續(xù)命：中國芯片之父張汝京

一個工程師的“噩夢”：剛分清CPU和GPU，卻發(fā)現(xiàn)還有……

這位“華為天才少年”，竟然要我用“充電寶”打《只狼》