联合体union用在何处？

Posted 2020-09-22 gccbuaa

　　程序设计刚開始学习的人在学习时，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，这是一个将刚開始学习的人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，能够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。
　　基本的原因，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。不知道刚開始学习的人能否耐着性子将应用背景搞明确。而不少能真正应用的场合，还涉及到一些基础的知识。

　　比如枚举。

假设读一些project级应用的源码。到处要用。而遍找各路资料，也就是那几个样例。目的是讲清语法。

要有应用味，还要尽可能简单。编出的演示样例中，有两个还算惬意，一个是老贺买车（见链接中例程，来源于真实故事），还有一个是键盘输入的检測(见链接中项目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惬意的IP地址（见链接中。以前扩展过的利用子网掩码检測是否同一网段的部分省略了），再找到惬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。对于刚開始学习的人。恐怕等一等更好。
　　对于我的工作，继续花时间建设让刚開始学习的人在有限积累前提下就能“提前体验”的方法和资源，而也寄语刚開始学习的人，不少有大用的知识，限于学习者学习的阶段性，继续前行你才干知道。

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，这能够是一种选择。

　　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。以下的内容部分转载自点击打开…。积累下去。应用场合绝不止这些
　　

试题一

　　编写一段程序推断系统中的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 觉得第一个字节是最高位字节（依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，它觉得第一个字节是最低位字节（依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）。

　　比如，假设从内存地址0x0000 開始有以下数据：

0x12 0x34 0xab 0xcd

　　假设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。假设我们将0x1234abcd 写入到以0x0000 開始的内存中。则Little endian 和Big endian 模式的存放结果例如以下：

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 一般是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仅仅能是将一个字节（CHAR/BYTE 类型）的数据和一个整型数据存放于相同的内存始地址，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推断CPU 工作于Little endian 还是Big endian 模式。
　　得出例如以下的答案：

typedef unsigned char BYTE;
int main(int argc, char* argv[])
{
    unsigned int num,*p;
    p = #
    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，推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。我们能够将一个CHAR/BYTE 数据和一个整型数据同一时候作为一个union 的成员，得出例如以下答案：

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

　　实现相同的功能，我们来看看Linux 操作系统中相关的源码是怎么做的：

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相同的功能。由以上一段代码我们能够深刻领会到Linux 源码的精妙之处！

(假设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，请编敲代码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，每次仅仅能发四类报文中的一种，我们能够将四类报文的结构体组织为一个union（共享一段内存，但每次有效的仅仅是一种），然后和报文类型字段统一组织成一个报文数据结构。

解答：
　　依据上述分析，我们非常自然地得出例如以下答案：

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;