干货 | 结构体、联合体嵌套使用的一些实用操作

结构体和联合体是C语言中的构造类型，我们通常在开发中会经常使用结构体，但对于联合体，一些初学者可能用得较少，甚至对它感到陌生。下面我们简单介绍一下联合体的概念：

在C语言中，联合体由关键字union来定义。

定义联合类型的一般形式如下：

union UnionName
{
    member list
};

成员列表中包含了多个成员，每个成员的一般形式为：type specifier member name。联合体所占用的内存空间大小等于其中最大数据类型成员所占用的字节数。

接下来，让我们一起来看一下在C语言和嵌入式开发中，结构体和联合体结合使用的一些实用技巧。

1、应用于管理不同的数据

示例代码：

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;
};

这里把struct data_pkg1、struct data_pkg2、struct data_pkg3三个结构体放到了struct data_pkg这个结构体里进行管理，把data_pkg_type与union里的三个结构体建立一一对应关系，我们需要用哪一结构体数据就通过data_pkg_type来进行选中。

在进行数据组包的时候，先给data_pkg_type进行赋值，确定数据包的类型，再给对应的union里的结构体进行赋值；在进行数据解析的时候，通过data_pkg_type来选择解析哪一组数据。

思考一下，如果在union里面再嵌套一层union会怎么样？会变得更复杂？以前的话，我会觉得越嵌套会越复杂，我也很抵制这种不断嵌套的做法。但后来看了我同事鱼鹰（公众号：鱼鹰谈单片机）的设计之后，我惊呆了！这可太秀了，他就是这么嵌套使用把原本复杂的系统数据管理得明明白白的。我们看他怎么设计的（看个大概的图）：

可以看到最左边和最右边这就建立起了一一对应关系，我们的模块很多，数据很多，但是在这样的设计中显得很清晰、很容易维护。

2、寄存器、状态变量封装

我们看一看TI的寄存器封装是怎么做的：

所有的寄存器被封装成联合体类型的，联合体里边的成员是一个32bit的整数及一个结构体，该结构体以位域的形式体现。这样就可以达到直接操控寄存器的某些位了。比如，我们要设置PA0引脚的GPAQSEL1寄存器的[1:0]两位都为1，则我们只操控两个bit就可以很方便的这么设置：

GpioCtrlRegs.GPAQSEL1.bit.GPIO0 = 3

或者直接操控整个寄存器：

GpioCtrlRegs.GPAQSEL1.all |=0x03 

位域相关文章：【C语言笔记】位域

如果不是工作于芯片原厂，寄存器的封装应该离我们很远。但我们可以学习使用这种方法，然后用于我们的实际应用开发中。

下面就看一种实际应用：管理一些状态变量。

示例代码：

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;
};

之前记得群里有一位小伙伴问系统有几十个状态变量需要管理，怎么做比较好。如上例子就是比较好的一种管理方法。

3、数据组合/拆分、大小端

（1）验证大小端

#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;
}

运行结果：

（2）数据组合、拆分

这其实也就是上一篇文章《面试题 | 获取整数各个字节》介绍的。在数据组合与拆分之前首先需要确实当前平台的大小端。比如小编使用的平台是小端模式。

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;
}

运行结果：

② 把0x78、0x56、0x34、0x12组合成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;
}

运行结果：

但是数据组合与拆分有更好的方法：移位操作。篇幅有限不再贴出代码，详细代码可参考：《面试题 | 获取整数各个字节》、《C语言、嵌入式位操作精华技巧大汇总》两篇文章。

4、结构体 & 缓冲区

#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;
};

这种应用得很广泛，用于自定义通信协议。struct里面的内容可以设计得很简单，比如全是有用的数据，或是设计得很复杂，包含一些协议头尾、包长、有效数据、校验等内容。

但无论如何，我们组包发送的过程是填充结构体->发送data_buffer；反之接收数据解析的过程就是接收数据存于data_buffer->使用结构体数据。我们之前分享的《干货 | protobuf-c之嵌入式平台使用》也是这个思路。

5、传输浮点数据

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

类似的，使用这样子的方法可以用于传输浮点数，更具体地不再展开，网络上有很多这一块的资料。感兴趣的朋友可以自己操作验证验证。

以上就是良许教程网为各位朋友分享的Linu系统相关内容。想要了解更多Linux相关知识记得关注公众号“良许Linux”，或扫描下方二维码进行关注，更多干货等着你 ！