關(guān)鍵字union的基本定義和使用

關(guān)鍵字union，又稱為聯(lián)合體、共用體，聯(lián)合體的聲明和結(jié)構(gòu)體類似，但是它的行為方式又和結(jié)構(gòu)體不同，這里的行為方式主要指的是其在內(nèi)存中的體現(xiàn)，結(jié)構(gòu)體中的成員每一個(gè)占據(jù)不同的內(nèi)存空間，而聯(lián)合體中的所有成員共用的是內(nèi)存中相同的位置。

簡(jiǎn)單看下區(qū)別：

struct MyStruct 
{
    double a;
    int b;
    char c;
};
struct MyStruct value;

union MyUnion 
{
    double a;
    int b;
    char c;
};
union MyUnion value;

同樣是定義變量value； 內(nèi)存空間占用情況如下：

可以看出，結(jié)構(gòu)體變量中3個(gè)成員相當(dāng)于3個(gè)人，每個(gè)人必須要住一間屋子，優(yōu)點(diǎn)是空間包容性強(qiáng)，但是內(nèi)存空間必須全部分配，不管房子住不住人。 聯(lián)合體變量3個(gè)成員，它們可以共用一間屋子，但是每個(gè)屋子同一時(shí)間只能容納一個(gè)成員，因此不夠包容，成員是互斥的，但是可以大大節(jié)省內(nèi)存空間。

要注意的是，聯(lián)合體的長(zhǎng)度大小為最大的成員的大小，在本例中即value.a的大小。 并不是單指數(shù)據(jù)類型，若在MyUnion定義了數(shù)組char c[10]，則此時(shí)該聯(lián)合體變量value大小為10個(gè)字節(jié)。

以上簡(jiǎn)單的了解了下union的基本定義，在實(shí)際應(yīng)用中我們一般都使用結(jié)構(gòu)體來定義數(shù)據(jù)組合而成的結(jié)構(gòu)型變量，而在各數(shù)據(jù)類型各變量占用空間差不多并且對(duì)各變量同時(shí)使用要求不高的場(chǎng)合（單從內(nèi)存使用上)也可以靈活的使用union。

1、變量的初始化

在初始化的時(shí)候，只應(yīng)對(duì)一個(gè)成員進(jìn)行初始化即在初始化列表中只有一個(gè)初始值。 原因就是聯(lián)合體的所有成員共用一個(gè)首地址，在默認(rèn)情況下，會(huì)將這個(gè)初始值初始化給聯(lián)合體變量的第一個(gè)成員。

union MyUnion 
{
    double a;
    int b;
    char c;
};
//為第一個(gè)成員初始化
union MyUnion un1 = {5.0f};
//錯(cuò)誤初始化，不能為多個(gè)成員初始化
union MyUnion un1 = {5.0f, 10};
//對(duì)其它位置的成員進(jìn)行初始化，則可以通過指定初始化方式
union MyUnion un1 = {.b = 10};
//結(jié)構(gòu)體一樣，也可以將一個(gè)聯(lián)合體變量作為初始值，直接初始化給同類型的另一個(gè)聯(lián)合體變量
union MyUnion un2 = un1;

2、數(shù)據(jù)位操作

#include
typedef struct
{
  unsigned char bit0:1;
  unsigned char bit1:1;
  unsigned char bit2:1;
  unsigned char bit3:1;
  unsigned char bit4:1;
  unsigned char bit5:1;
  unsigned char bit6:1;
  unsigned char bit7:1;
}bitValue;
typedef union
{
  unsigned char bytedata;
  bitValue  bitdata; 
}regValue;
int main()
{
  regValue data;
  data.bytedata= 0x5A;
  printf("%d",data.bitdata.bit5);  //讀取第6位
  data.bitdata.bit7 = 1;           //修改第8位
  return 0;
}

可以看出，通過訪問和修改聯(lián)合體中的定義bitdata成員，可以間接的訪問和修改定義的bytedata的值，這可以用在嵌入式的寄存器位操作上。

3、和struct嵌套使用

比如我們分別定義電視和空調(diào)的屬性：

struct tvFeature    //電視屬性
{
   char *logo;     //品牌
   int price;      //價(jià)格
   int screensize  //屏幕尺寸  
   int resolution  //分辨率 
}tvFeature;
struct tvFeature tvfeature;


struct airFeature  //空調(diào)屬性
{
   char *logo; //品牌
   int price;   //價(jià)格
   int coldcapacity;//制冷量 
   int hotcapacity;//制熱量
}airFeature;
struct airFeature airfeature;

可以看出電視和空調(diào)有相同的屬性，也有各自特有的屬性。 我們可以使用家用電器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一定義。 但是這樣用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義電視和空調(diào)的變量之間耦合會(huì)增加很多，對(duì)于tvfeature和airfatureta各自來說用不到的屬性也會(huì)浪費(fèi)內(nèi)存空間。

struct homeappliancesFeature  //電器屬性
{
   char *logo; //品牌
   int price;   //價(jià)格
   int screensize  //屏幕尺寸  
   int resolution  //分辨率
   int coldcapacity;//制冷量 
   int hotcapacity;//制熱量
}homeappliancesFeature;


struct homeappliancesFeature tvfeature;
struct homeappliancesFeature airfature;

因此可以用union來解決問題

struct tvFeature    //電視屬性
{
   int screensize  //屏幕尺寸  
   int resolution  //分辨率 
}tvFeature;
struct airFeature  //空調(diào)屬性
{
   int coldcapacity;//制冷量 
   int hotcapacity;//制熱量
}airFeature;


struct homeappliancesFeature  //電器屬性
{
   char *logo; //品牌
   long country; //國(guó)家
   union
   {
      struct tvFeature tvST;
      struct airFeature airST;
   };
};
struct homeappliancesFeature tvfeature;
struct homeappliancesFeature airfature;

如上我們只需一個(gè)結(jié)構(gòu)體，就可以解決電視和空調(diào)的屬性不同問題； struct tvFeature tvST和struct airFeature airST共用一塊內(nèi)存空間，定義變量時(shí)，可以訪問各自的特有屬性，這樣就解決了內(nèi)存浪費(fèi)和變量耦合高的問題。

4、數(shù)據(jù)復(fù)制

例如串口數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，可以直接使用數(shù)據(jù)復(fù)制的方式將數(shù)據(jù)打包發(fā)送，不需要將一個(gè)4字節(jié)的數(shù)據(jù)額外進(jìn)行拆分為4個(gè)單字節(jié)的數(shù)據(jù)； 反之讀取數(shù)據(jù)時(shí)，也可以不用將4個(gè)單字節(jié)的數(shù)據(jù)重新通過移位拼接為一個(gè)4字節(jié)數(shù)據(jù)。

typedef union
{
  uint8   data8[4];
  uint32  data32;
}dataType;


uint32 sendData = 0x5A5AA5A5;
uint32 receiveData;
dataType commSend;
void main(void)
{
    uint8 commData[128];     
    //數(shù)據(jù)復(fù)制
    commData.data32 = sendData;    
    //發(fā)送數(shù)據(jù),字節(jié)復(fù)制,不需要再將commData.data32單獨(dú)移位拆分
    commData[0]= commSend.data8[0];
    commData[1]= commSend.data8[1];
    commData[2]= commSend.data8[2];
    commData[3]= commSend.data8[3];
      
   //讀取數(shù)據(jù)時(shí),字節(jié)復(fù)制,不需要再將已經(jīng)讀取到的4個(gè)單字節(jié)數(shù)據(jù)拼接 
   receiveData =  commData.data32;  
}

5、分時(shí)發(fā)送不同幀格式數(shù)據(jù)

比如需要在同一段通信數(shù)據(jù)發(fā)送邏輯中，針對(duì)不同通信協(xié)議幀格式進(jìn)行發(fā)送時(shí)，就可以這樣定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

typedef struct 
{ 
   uint8 head;   //幀頭格式相同
   union    //中間數(shù)據(jù)格式不一樣
   {
      struct             //payloadType1  
      {
        uint8 cmd;
        uint8 type;
        uint8 data[5];   
        uint8 check;       
      }msgType1;
   
      struct              //payloadType2    
      {
        uint16 cmd;     
        uint8 data[8];   
        uint16 check;       
      }msgType2;  
          
     uint8 data[10];      //payloadType3  
   } payloadType;
   uint8 end;    //幀尾格式相同
}frameType;

By the way：在使用聯(lián)合體時(shí)可以注意這兩個(gè)點(diǎn)：

1、數(shù)據(jù)大小端

使用聯(lián)合體時(shí)需要注意數(shù)據(jù)大小端問題，這個(gè)取決于實(shí)際的處理器的存儲(chǔ)方式。

大端存儲(chǔ)就是高字節(jié)數(shù)據(jù)放在低地址。

小端存儲(chǔ)就是高字節(jié)數(shù)據(jù)放在高地址.

如下方例子，可以知道使用的處理器的存儲(chǔ)方式：

#include
union Un
{
  int i;
  char c;
};
union Un un;
int main()
{
  un.i = 0x11223344;
  if (un.c == 0x11)
  {
    printf("大端\\n");
  }
  else if (un.c == 0x44)
  {
    printf("小端\\n");
  }  
}

2、指針方式訪問

由于在一個(gè)成員長(zhǎng)度不同的聯(lián)合體里，分配給聯(lián)合體的內(nèi)存大小取決于它的最大成員的大小。 如果內(nèi)部成員的大小相差太大，當(dāng)存儲(chǔ)長(zhǎng)度較短的成員時(shí)，浪費(fèi)的空間是相當(dāng)可觀的，在這種情況下，更好的方法是在聯(lián)合體中存儲(chǔ)指向不同成員的指針而不是直接存儲(chǔ)成員本身。 所有指針的長(zhǎng)度都是相同的，這樣能解決內(nèi)存空間浪費(fèi)的問題。

#include
typedef struct
{
  unsigned char a;
  int b;
}stValue1;
typedef struct
{
  int c;
  unsigned char d[10];
  double e;
}stValue2;
//聯(lián)合體成員定義為指針成員
union Un
{
  stValue1 *ptrSt1;
  stValue2 *ptrSt2;
};
int main()
{
  union Un *info;
  info->ptrSt1->a = 5;
  info->ptrSt2->e = 9.7f;
}

總之在實(shí)際使用聯(lián)合體union過程中一句話總結(jié)：圍繞成員互斥和內(nèi)存共享這兩個(gè)核心點(diǎn)去靈活設(shè)計(jì)你的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。