联合体union用在何处？

Love The Way You Lie 2022-01-27 13:59 213阅读 0赞

程序设计初学者在学习时，总想问：“这个东东有什么用？”于是，在建设有关的教学资源时，也便总从这个角度，试图给出一些案例，这是一个将初学者作为教学目标人群的人该干的事。  
　　然而，在准备这样一些案例时，诸如循环、数组、结构体之类的，可以编出一堆堆的能体现实际应用的案例，或出例题，或出实践题目，都好说。然而，对于有些在教科书中的“小知识点”，作为讲程序设计语言，有些老师都选择不讲的，能却总是不易编出。  
　　主要的原因，是这些内容要解决的问题，似乎并不常见。针对特殊的应用场合，不知道初学者是否能耐着性子将应用背景搞明白。而不少能真正应用的场合，还涉及到一些基础的知识。  
　　例如枚举。如果读一些工程级应用的源码，到处要用。而遍找各路资料，也就是那几个例子，目的是讲清语法。要有应用味，还要尽可能简单，编出的示例中，有两个还算满意，一个是老贺买车（见[链接][Link 1]中例程，来源于真实故事），另一个是键盘输入的检测(见[链接][Link 2]中项目2，中间关于键盘值还不能给学习者展开。)  
　　再如，本文要说的联合体。讲义中贡献出了自编还算满意的IP地址（见[链接][Link 3]中，曾经扩展过的利用子网掩码检测是否同一网段的部分省略了），再找到满意些的的资料和想到的内容，主要在于和计算机底层相关的应用，对于初学者，恐怕等一等更好。  
　　对于我的工作，继续花时间建设让初学者在有限积累前提下就能“提前体验”的方法和资源，而也寄语初学者，不少有大用的知识，限于学习者学习的阶段性，继续前行你才能知道。在这个阶段，别人想给你讲清，并不现实。人说这是个浮躁的时代，静心读书，不惜尚不知其用也要学下去，这可以是一种选择。

一番感慨之后，还是给出为主题“联合体union用在何处”要给出的案例。下面的内容部分转载自[点击打开…][Link 4]。积累下去，应用场合绝不止这些

### 试题一 ###

编写一段程序判断系统中的CPU 是Little endian 还是Big endian 模式？  
**分析：**  
　　作为一个计算机相关专业的人，我们应该在计算机组成中都学习过什么叫Little endian 和Big endian。Little endian 和Big endian 是CPU 存放数据的两种不同顺序。对于整型、长整型等数据类型，Big endian 认为第一个字节是最高位字节（按照从低地址到高地址的顺序存放数据的高位字节到低位字节）；而Little endian 则相反，它认为第一个字节是最低位字节（按照从低地址到高地址的顺序存放数据的低位字节到高位字节）。  
　　例如，假设从内存地址0x0000 开始有以下数据：

> 0x12 0x34 0xab 0xcd

如果我们去读取一个地址为0x0000 的四个字节变量，若字节序为big-endian，则读出结果为0x1234abcd；若字节序位little-endian，则读出结果为0xcdab3412。如果我们将0x1234abcd 写入到以0x0000 开始的内存中，则Little endian 和Big endian 模式的存放结果如下：

> 地址 0x0000 0x0001 0x0002 0x0003  
> big-endian 0x12 0x34 0xab 0xcd  
> little-endian 0xcd 0xab 0x34 0x12

一般来说，x86 系列CPU 都是little-endian 的字节序，PowerPC 通常是Big endian，还有的CPU 能通过跳线来设置CPU 工作于Little endian 还是Big endian 模式。  
**解答：**  
　　显然，解答这个问题的方法只能是将一个字节（CHAR/BYTE 类型）的数据和一个整型数据存放于同样的内存始地址，通过读取整型数据，分析CHAR/BYTE 数据在整型数据的高位还是低位来判断CPU 工作于Little endian 还是Big endian 模式。  
　　得出如下的答案：

typedef unsigned char BYTE;
    int main(int argc, char* argv[])
    {
        unsigned int num,*p;
        p = &num;
        num = 0;
        *(BYTE *)p = 0xff;
        if(num == 0xff)
        {
            printf("The endian of cpu is little/n");
        }
        else //num == 0xff000000
        {
            printf("The endian of cpu is big/n");
        }
        return 0;
    }

除了上述方法(通过指针类型强制转换并对整型数据首字节赋值，判断该赋值赋给了高位还是低位)外，还有没有更好的办法呢？我们知道，union 的成员本身就被存放在相同的内存空间（共享内存，正是union 发挥作用、做贡献的去处），因此，我们可以将一个CHAR/BYTE 数据和一个整型数据同时作为一个union 的成员，得出如下答案：

int checkCPU()
    {
        {
            union w
            {
                int a;
                char b;
            } c;
            c.a = 1;
            return (c.b == 1);
        }
    }

实现同样的功能，我们来看看Linux 操作系统中相关的源代码是怎么做的：

static union { char c[4]; unsigned long mylong; } endian_test = {
         { 'l', '?', '?', 'b' } };
    #define ENDIANNESS ((char)endian_test.mylong)

Linux 的内核作者们仅仅用一个union 变量和一个简单的宏定义就实现了一大段代码同样的功能！由以上一段代码我们可以深刻领会到Linux 源代码的精妙之处！(如果ENDIANNESS=’l’表示系统为little endian,为’b’表示big endian )

### 试题二 ###

假设网络节点A 和网络节点B 中的通信协议涉及四类报文，报文格式为“报文类型字段+报文内容的结构体”，四个报文内容的结构体类型分别为STRUCTTYPE1~ STRUCTTYPE4，请编写程序以最简单的方式组织一个统一的报文数据结构。  
**分析：**  
　　报文的格式为“报文类型+报文内容的结构体”，在真实的通信中，每次只能发四类报文中的一种，我们可以将四类报文的结构体组织为一个union（共享一段内存，但每次有效的只是一种），然后和报文类型字段统一组织成一个报文数据结构。  
**解答：**  
　　根据上述分析，我们很自然地得出如下答案：

typedef unsigned char BYTE;
    //报文内容联合体
    typedef union tagPacketContent
    {
        STRUCTTYPE1 pkt1;
        STRUCTTYPE2 pkt2;
        STRUCTTYPE3 pkt1;
        STRUCTTYPE4 pkt2;
    } PacketContent;
    //统一的报文数据结构
    typedef struct tagPacket
    {
        BYTE pktType;
        PacketContent pktContent;
    } Packet;

[Link 1]: http://blog.csdn.net/sxhelijian/article/details/46596959
[Link 2]: http://blog.csdn.net/sxhelijian/article/details/46771851
[Link 3]: http://blog.csdn.net/sxhelijian/article/details/46596975
[Link 4]: http://blog.csdn.net/s04023083/article/details/5173397