干貨！結(jié)構(gòu)體、聯(lián)合體嵌套使用的一些實(shí)用操作

結(jié)構(gòu)體、聯(lián)合體是C語(yǔ)言中的構(gòu)造類型，結(jié)構(gòu)體我們平時(shí)應(yīng)該都用得很多。但是，對(duì)于聯(lián)合體，一些初學(xué)的朋友可能用得并不多，甚至感到陌生。我們先簡(jiǎn)單看一下聯(lián)合體：

在C語(yǔ)言中定義聯(lián)合體的關(guān)鍵字是union。

定義一個(gè)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(shuō)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(jié)構(gòu)體、聯(lián)合體結(jié)合使用在C語(yǔ)言、嵌入式中的一些實(shí)用技巧。

1、應(yīng)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(gè)結(jié)構(gòu)體放到了struct data_pkg這個(gè)結(jié)構(gòu)體里進(jìn)行管理，把data_pkg_type與union里的三個(gè)結(jié)構(gòu)體建立一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，我們需要用哪一結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)就通過(guò)data_pkg_type來(lái)進(jìn)行選中。

在進(jìn)行數(shù)據(jù)組包的時(shí)候，先給data_pkg_type進(jìn)行賦值，確定數(shù)據(jù)包的類型，再給對(duì)應(yīng)的union里的結(jié)構(gòu)體進(jìn)行賦值；在進(jìn)行數(shù)據(jù)解析的時(shí)候，通過(guò)data_pkg_type來(lái)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(huì)怎么樣？會(huì)變得更復(fù)雜？以前的話，我會(huì)覺(jué)得越嵌套會(huì)越復(fù)雜，我也很抵制這種不斷嵌套的做法。但后來(lái)看了我同事魚(yú)鷹（公眾號(hào)：魚(yú)鷹談單片機(jī)）的設(shè)計(jì)之后，我驚呆了！這可太秀了，他就是這么嵌套使用把原本復(fù)雜的系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理得明明白白的。我們看他怎么設(shè)計(jì)的（看個(gè)大概的圖）：

可以看到最左邊和最右邊這就建立起了一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，我們的模塊很多，數(shù)據(jù)很多，但是在這樣的設(shè)計(jì)中顯得很清晰、很容易維護(hù)。

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(gè)32bit的整數(shù)及一個(gè)結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)體以位域的形式體現(xiàn)。這樣就可以達(dá)到直接操控寄存器的某些位了。比如，我們要設(shè)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(gè)bit就可以很方便的這么設(shè)置：

GpioCtrlRegs.GPAQSEL1.bit.GPIO0?=?3

或者直接操控整個(gè)寄存器：

GpioCtrlRegs.GPAQSEL1.all?|=0x03?

位域相關(guān)文章：【C語(yǔ)言筆記】位域

如果不是工作于芯片原廠，寄存器的封裝應(yīng)該離我們很遠(yuǎn)。但我們可以學(xué)習(xí)使用這種方法，然后用于我們的實(shí)際應(yīng)用開(kāi)發(fā)中。

下面就看一種實(shí)際應(yīng)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(wèn)系統(tǒng)有幾十個(gè)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(yàn)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(yùn)行結(jié)果：

（2）數(shù)據(jù)組合、拆分

這其實(shí)也就是上一篇文章《面試題 | 獲取整數(shù)各個(gè)字節(jié)》介紹的。在數(shù)據(jù)組合與拆分之前首先需要確實(shí)當(dāng)前平臺(tái)的大小端。比如小編使用的平臺(tái)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(yùn)行結(jié)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(yùn)行結(jié)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(xì)代碼可參考：《面試題 | 獲取整數(shù)各個(gè)字節(jié)》、《C語(yǔ)言、嵌入式位操作精華技巧大匯總》兩篇文章。

4、結(jié)構(gòu)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(yīng)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(shè)計(jì)得很簡(jiǎn)單，比如全是有用的數(shù)據(jù)，或是設(shè)計(jì)得很復(fù)雜，包含一些協(xié)議頭尾、包長(zhǎng)、有效數(shù)據(jù)、校驗(yàn)等內(nèi)容。

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

5、傳輸浮點(diǎn)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(diǎn)數(shù)，更具體地不再展開(kāi)，網(wǎng)絡(luò)上有很多這一塊的資料。感興趣的朋友可以自己操作驗(yàn)證驗(yàn)證。

最后

以上就是本次的分享，如果覺(jué)得文章不錯(cuò)，轉(zhuǎn)發(fā)、在看，也是我們繼續(xù)更新的動(dòng)力。

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