在C语言中,构造类型如结构体和联合体在编程中扮演着重要的角色,我们通常在项目中广泛使用结构体,而联合体则可能相对陌生,特别是对于初学者来说。下面简要介绍一下联合体的概念:
在C语言中,我们使用关键字union
来定义联合体。
定义联合体的一般形式为:
union UnionName
{
// 成员表
};
其中,成员表包含多个成员,每个成员的形式为类型说明符 成员名
。联合体占用的字节数等于其中最大数据类型成员占用的字节数。
让我们一同探讨结构体和联合体在C语言和嵌入式系统中的一些实用技巧。
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。
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