C语言 | 联合体详解

Posted 2022-09-22 嵌入式大杂烩

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一、什么是联合体？

在C语言中，变量的定义是分配存储空间的过程。一般的，每个变量都具有其独有的存储空间，那么可不可以在同一个内存空间中存储不同的数据类型（不是同事存储）呢？

答案是可以的，使用联合体就可以达到这样的目的。联合体也叫共用体，在C语言中定义联合体的关键字是union。

定义一个联合类型的一般形式为：

union 联合名

成员表
;

成员表中含有若干成员，成员的一般形式为： 类型说明符 成员名。其占用的字节数与成员中最大数据类型占用的字节数。

与结构体（struct）、枚举（enum）一样，联合体也是一种构造类型：

[

关于结构体与枚举的知识可查看往期笔记：

【C语言笔记】结构体

【C语言笔记】枚举

二、联合体变量的定义方法

创建联合和创建结构的方式相同，需要一个联合模板和联合变量。下面是几种定义联合体变量的方法：

方法一：先创建模板，再定义变量

// 创建联合体模板union perdata
union perdata

    int Class;
    char Office;
;
// 使用该联合体模板创建两个变量a, b
union perdata a,b;

此处，perdata是联合体名，该名字是由我们任意定的，但是尽量起个有意义的名称。其相当于一个模板，可以使用这个模板去定义变量a、b。定义的时候不要忘了union。

方法二：同时创建模板和变量

// 创建联合体模板union perdata的同时定义两个变量a、b
union perdata

    int Class;
    char Office;
a,b;

这与方法一差不多。

方法三：省略联合体名

union

    int Class;
    char Office;
a,b;

相对于方法一与方法二，此处省略了联合体名。虽然更简洁了，但是因为没有了名字，后面就不能用该联合体定义新的变量。

方法四：使用typedef

// 联合体模板union perdata重新命名为perdata_U
typedef union perdata

    int Class;
    char Office;
perdata_U;
// 使用新名字perdata_U创建两个变量a, b
perdata_U a,b;

此处使用typedef为联合体模板union perdata定义一个别名perdata_U。关于typedef关键字可查看往期笔记：【C语言笔记】#define与typedef的区别？

三、初始化联合体

联合体的初始化与结构体不同，联合体只能存储一个值。联合体有三种初始化方法：

perdata_U a;
a.Class = 10;
perdata_U b = a;				/* 1、把一个联合初始化为另一个同类型的联合； */
perdata_U c = 20;				/* 2、初始化联合的第一个成员； */
perdata_U d = .Office = 30;   /* 3、根据C99标准，使用指定初始化器。 */

四、联合体的应用示例

1、检测当前处理器是大端模式还是小端模式？

之前分享的《什么是大小端模式？》中已经有介绍怎么判断当前处理器的大小端问题：

现在，可以使用联合体来做判断：

2、分离高低字节

单片机中经常会遇见分离高低字节的操作，比如进行计时中断复位操作时往往会进行

(65535-200)/256,

(65535-200)%256

这样的操作，而一个除法消耗四个机器周期，取余也需要进行一系列复杂的运算，如果在短时间内需要进行很多次这样的运算无疑会给程序带来巨大的负担。其实进行这些操作的时候我们需要的仅仅是高低字节的数据分离而已，这样利用联合体我们很容易降低这部分开销。

代码：

union div

    int n;     // n中存放要进行分离高低字节的数据
    char a[2]; // 在keil c中一个整形占两个字节，char占一个字节，所以n与数组a占的字节数相同
test;
test.n = 65535-200; // 进行完这句后就一切ok了，下面通过访问test中数组a的数据来取出高低字节的数据
TH1 = test.a[0];    // test.a[0]中存储的是高位数据
TL1 = test.a[1];    // test.a[1]中储存了test.n的低位数据

联合体内数据是按地址对齐的。具体是高位数据还是低位数据要看平台的大小端模式，51是大端，stm32默认是小端，如果其他编译器还请自测。仅仅用了一条减法指令就达到了除法、取余的操作，在进行高频率定时时尤为有用。

3、寄存器封装

看看TI固件库中寄存器是怎么封装的：

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 

以上就是关于联合体的一点总结笔记，如有错误欢迎指出！

资料：

1、《C Primer Plus》第6版

2、联合体