c語(yǔ)言之共用體union、枚舉、大小端模式
上一個(gè)專題我們?cè)敿?xì)的分享了c語(yǔ)言里面的結(jié)構(gòu)體用法，讀者在看這些用法的時(shí)候，可以一邊看一邊試驗(yàn)，掌握了這些基本用法就完全夠用了，當(dāng)然在以后的工作中，如果有遇到了更高級(jí)的用法，我們可以再來(lái)總結(jié)學(xué)習(xí)歸納。好了，開(kāi)始我們今天的主題分享。
一、共用體union:
1、什么是共用體union?
這個(gè)共用體，估計(jì)大家平時(shí)在代碼也比較少見(jiàn)，我去看了一下stm32的例程里面沒(méi)怎么看到這個(gè)用法（下面的示例分享是在stm32里面找的）；其實(shí)這個(gè)共用體union（也叫聯(lián)合體）跟我們上次分享的結(jié)構(gòu)體定義是非常像的，比如說(shuō)：類型定義、變量定義、使用方法上很相似。就像下面兩個(gè)例子一樣，把許多類型聯(lián)合在一起（不過(guò)雖然形式上類似，但是具體用法還是有區(qū)別的，下面會(huì)講他們之間的區(qū)別）：
union st{
int a;
char b;
};
2、共用體與結(jié)構(gòu)體的區(qū)別：
結(jié)構(gòu)體類似于一個(gè)包裹，結(jié)構(gòu)體中的成員彼此是獨(dú)立存在的，分布在內(nèi)存的不同單元中，他們只是被打包成一個(gè)整體叫做結(jié)構(gòu)體而已；共用體中的各個(gè)成員其實(shí)是一體的，彼此不獨(dú)立，他們使用同一個(gè)內(nèi)存單元?？梢岳斫鉃椋河袝r(shí)候是這個(gè)元素，有時(shí)候是那個(gè)元素。更準(zhǔn)確的說(shuō)法是同一個(gè)內(nèi)存空間有多種解釋方式。所以共用體用法總結(jié)如下：
union中可以定義多個(gè)成員，union的內(nèi)存大小由最大的成員的大小來(lái)決定。
union成員共享同一塊大小的內(nèi)存，一次只能使用其中的一個(gè)成員。
對(duì)某一個(gè)成員賦值，會(huì)覆蓋其他成員的值（這是為啥呢？，簡(jiǎn)單來(lái)講就是因?yàn)樗麄児蚕硪粔K內(nèi)存。但前提是成員所占字節(jié)數(shù)相同，當(dāng)成員所占字節(jié)數(shù)不同時(shí)只會(huì)覆蓋相應(yīng)字節(jié)上的值，比如對(duì)char成員賦值就不會(huì)把整個(gè)int成員覆蓋掉，因?yàn)閏har只占一個(gè)字節(jié)，而int占四個(gè)字節(jié)）。
共用體union的存放順序是所有成員都從低地址開(kāi)始存放的。
3、代碼實(shí)戰(zhàn)：
#include <stdio.h>
typedef union{
int a;
char c;
//int a;
// int b;
}st;
int main(void)
{
st haha;
haha.c='B';
// haha.a=10;
//haha.b=60;
printf("the haha size is %d\n",sizeof(haha));
printf("haha.c=%d\n",haha.c);
return 0;
}
#include <stdio.h>
typedef union{
int a;
char c;
int b;
}st;
int main(void)
{
st haha;
haha.c='B';
haha.a=10;
haha.b=60;
printf("the haha size is %d\n",sizeof(haha));
printf("haha.c=%d,haha.a=%d,haha.b=%d\n",haha.c,haha.a,haha.b);
printf("the a is 0x%x\n",&haha.a);
printf("the c is 0x%x\n",&haha.c);
printf("the b is 0x%x\n",&haha.b);
return 0;
}
演示結(jié)果：
the haha size is 4
haha.c=66
the haha size is 4
haha.c=60,haha.a=60,haha.b=60
the a is 0x61feac
the c is 0x61feac
the b is 0x61feac
說(shuō)明：
通過(guò)上面的代碼示例，讀者可以發(fā)現(xiàn)這個(gè)共用體的大小，并不是像我們之前結(jié)構(gòu)體那樣是把每個(gè)成員所占內(nèi)存大小加起來(lái)，而是我們上面說(shuō)的那樣，共用體由成員占用內(nèi)存大小最大的那個(gè)決定的，上面的示例中int 占用4個(gè)字節(jié)大小，為最大的，所以sizeof(haha)得出結(jié)果就是4個(gè)字節(jié)大小，而且讀者細(xì)心可以發(fā)現(xiàn)到打印出來(lái)的結(jié)果a和b都是60，它是訪問(wèn)內(nèi)存占用大小最大的那個(gè)成員的數(shù)值，因?yàn)槟莻€(gè)'B'的acii碼值是是66；通過(guò)示例，我們也發(fā)現(xiàn)共用體訪問(wèn)其成員方式跟結(jié)構(gòu)體是一樣的（上面也有說(shuō)到過(guò)）。下面是和結(jié)構(gòu)體做對(duì)比的代碼示例：
#include <stdio.h>
// 共用體類型的定義
struct mystruct
{
int a;
char b;
};
// a和b其實(shí)指向同一塊內(nèi)存空間，只是對(duì)這塊內(nèi)存空間的2種不同的解析方式。
// 如果我們使用u1.a那么就按照int類型來(lái)解析這個(gè)內(nèi)存空間；如果我們使用
// u1.b那么就按照char類型
// 來(lái)解析這塊內(nèi)存空間。
union myunion
{
int a;
char b;
double c;
};
int main(void)
{
struct mystruct s1;
s1.a = 23;
printf("s1.b = %d.\n", s1.b); // s1.b = 0. 結(jié)論是s1.a和s1.b是獨(dú)立無(wú)關(guān)的
printf("&s1.a = %p.\n", &s1.a);
printf("&s1.b = %p.\n", &s1.b);
union myunion u1; // 共用體變量的定義
u1.a = 23;
u1.b='B';
u1.a=u1.b; // 共用體元素的使用
printf("u1.a = %d.\n", u1.a);
printf("u1.b = %d.\n", u1.b);
printf("u1.c = %d.\n", u1.c);
// u1.b = 23.結(jié)論是u1.a和u1.b是相關(guān)的
// a和b的地址一樣，充分說(shuō)明a和b指向同一塊內(nèi)存，只是對(duì)這塊內(nèi)存的不同解析規(guī)則
printf("&u1.a = %p.\n", &u1.a);
printf("&u1.b = %p.\n", &u1.b);
printf("the sizeof u1 is %d\n",sizeof(u1));
return 0;
}
演示結(jié)果：
s1.b = 22.
&s1.a = 0061FEA8.
&s1.b = 0061FEAC.
u1.a = 66.
u1.b = 66.
u1.c = 66.4、
&u1.a = 0061FEA0.
&u1.b = 0061FEA0.
the sizeof u1 is 8
4、小結(jié)：
union的sizeof測(cè)到的大小實(shí)際是union中各個(gè)元素里面占用內(nèi)存最大的那個(gè)元素的大小。因?yàn)榭梢源娴南逻@個(gè)就一定能夠存的下其他的元素。
union中的元素不存在內(nèi)存對(duì)齊的問(wèn)題，因?yàn)閡nion中實(shí)際只有1個(gè)內(nèi)存空間，都是從同一個(gè)地址開(kāi)始的（開(kāi)始地址就是整個(gè)union占有的內(nèi)存空間的首地址），所以不涉及內(nèi)存對(duì)齊。
二、枚舉
1、什么是枚舉？
枚舉在C語(yǔ)言中其實(shí)是一些符號(hào)常量集。直白點(diǎn)說(shuō)：枚舉定義了一些符號(hào)，這些符號(hào)的本質(zhì)就是int類型的常量，每個(gè)符號(hào)和一個(gè)常量綁定。這個(gè)符號(hào)就表示一個(gè)自定義的一個(gè)識(shí)別碼，編譯器對(duì)枚舉的認(rèn)知就是符號(hào)常量所綁定的那個(gè)int類型的數(shù)字。枚舉符號(hào)常量和其對(duì)應(yīng)的常量數(shù)字相對(duì)來(lái)說(shuō)，數(shù)字不重要，符號(hào)才重要。符號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字只要彼此不相同即可，沒(méi)有別的要求。所以一般情況下我們都不明確指定這個(gè)符號(hào)所對(duì)應(yīng)的數(shù)字，而讓編譯器自動(dòng)分配。（編譯器自動(dòng)分配的原則是：從0開(kāi)始依次增加。如果用戶自己定義了一個(gè)值，則從那個(gè)值開(kāi)始往后依次增加）。
2、為什么要用枚舉，和宏定義做對(duì)比：
(1)C語(yǔ)言沒(méi)有枚舉是可以的。使用枚舉其實(shí)就是對(duì)1、0這些數(shù)字進(jìn)行符號(hào)化編碼，這樣的好處就是編程時(shí)可以不用看數(shù)字而直接看符號(hào)。符號(hào)的意義是顯然的，一眼可以看出。而數(shù)字所代表的含義除非看文檔或者注釋。
(2)宏定義的目的和意義是：不用數(shù)字而用符號(hào)。從這里可以看出：宏定義和枚舉有內(nèi)在聯(lián)系。宏定義和枚舉經(jīng)常用來(lái)解決類似的問(wèn)題，他們倆基本相當(dāng)可以互換，但是有一些細(xì)微差別。
(3)宏定義和枚舉的區(qū)別:
枚舉是將多個(gè)有關(guān)聯(lián)的符號(hào)封裝在一個(gè)枚舉中，而宏定義是完全散的。也就是說(shuō)枚舉其實(shí)是多選一。
(4）使用枚舉情況：
什么情況下用枚舉？當(dāng)我們要定義的常量是一個(gè)有限集合時(shí)（譬如一星期有7天，譬如一個(gè)月有31天，譬如一年有12個(gè)月····），最適合用枚舉。（其實(shí)宏定義也行，但是枚舉更好）
不能用枚舉的情況下（定義的常量符號(hào)之間無(wú)關(guān)聯(lián)，或者無(wú)限的）,這個(gè)時(shí)候就用宏定義。
總結(jié)：
宏定義先出現(xiàn)，用來(lái)解決符號(hào)常量的問(wèn)題；后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)有時(shí)候定義的符號(hào)常量彼此之間有關(guān)聯(lián)（多選一的關(guān)系），用宏定義來(lái)做雖然可以但是不貼切，于是乎發(fā)明了枚舉來(lái)解決這種情況。
3、代碼示例：
a、幾種定義方法：
/* // 定義方法1，定義類型和定義變量分離開(kāi)
enum week
{
SUN, // SUN = 0
MON, // MON = 1;
TUE,
WEN,
THU,
FRI,
SAT,
};
enum week today;
*/
/* // 定義方法2,定義類型的同時(shí)定義變量
enum week
{
SUN, // SUN = 0
MON, // MON = 1;
TUE,
WEN,
THU,
FRI,
SAT,
}today,yesterday;
*/
/* // 定義方法3,定義類型的同時(shí)定義變量
enum
{
SUN, // SUN = 0
MON, // MON = 1;
TUE,
WEN,
THU,
FRI,
SAT,
}today,yesterday;
*/
/* // 定義方法4,用typedef定義枚舉類型別名，并在后面使用別名進(jìn)行變量定義
typedef enum week
{
SUN, // SUN = 0
MON, // MON = 1;
TUE,
WEN,
THU,
FRI,
SAT,
}week;
*/
/* // 定義方法5,用typedef定義枚舉類型別名，并在后面使
用別名進(jìn)行變量定義
typedef enum
{
SUN, // SUN = 0
MON, // MON = 1;
TUE,
WEN,
THU,
FRI,
SAT,
}week;
b、錯(cuò)誤類型舉例（下面的舉例中也加入了結(jié)構(gòu)體作為對(duì)比）：
/* // 錯(cuò)誤1，枚舉類型重名，編譯時(shí)報(bào)錯(cuò)：error: conflicting
// types for ‘DAY’
typedef enum workday
{
MON, // MON = 1;
TUE,
WEN,
THU,
FRI,
}DAY;
typedef enum weekend
{
SAT,
SUN,
}DAY;
*/
/* // 錯(cuò)誤2，枚舉成員重名，編譯時(shí)報(bào)錯(cuò)：redeclaration //of
// enumerator ‘MON’
typedef enum workday
{
MON, // MON = 1;
TUE,
WEN,
THU,
FRI,
}workday;
typedef enum weekend
{
MON,
SAT,
SUN,
}weekend;
// 結(jié)構(gòu)體中元素可以重名
typedef struct
{
int a;
char b;
}st1;
typedef struct
{
int a;
char b;
}st2;
*/
說(shuō)明：
經(jīng)過(guò)測(cè)試，兩個(gè)struct類型內(nèi)的成員名稱可以重名，而兩個(gè)enum類型中的成員不可以重名。實(shí)際上從兩者的成員在訪問(wèn)方式上的不同就可以看出了。struct類型成員的訪問(wèn)方式是：變量名.成員，而enum成員的訪問(wèn)方式為：成員名。因此若兩個(gè)enum類型中有重名的成員，那代碼中訪問(wèn)這個(gè)成員時(shí)到底指的是哪個(gè)enum中的成員呢？所以不能重名。但是兩個(gè)#define宏定義是可以重名的，該宏名真正的值取決于最后一次定義的值。編譯器會(huì)給出警告但不會(huì)error，下面的示例會(huì)讓編譯器發(fā)出A被重復(fù)定義的警告。
#include <stdio.h>
#define A 5
#define A 7
int main(void)
{
printf("hello world\n");
return 0;
}
c、代碼實(shí)戰(zhàn)演示：
#include <stdio.h>
typedef enum week
{
SUN, // SUN = 0
MON, // MON = 1;
TUE, //2
WEN, //3
THU,
FRI,
SAT,
}week;
int main(void)
{
// 測(cè)試定義方法4,5
week today;
today = WEN;
printf("today is the %d th day in week\n", today);
return 0;
}
演示結(jié)果：
today is the 3 th day in week
d、接著我們把上面枚舉變量改變它的值（不按照編譯模式方式來(lái)），看看會(huì)發(fā)生什么變化：
#include <stdio.h>
typedef enum week
{
SUN, // SUN = 0
MON=8, // MON = 1;
TUE, //2
WEN, //3
THU,
FRI,
SAT,
}week;
int main(void)
{
// 測(cè)試定義方法4,5
week today,hh;
today = WEN;
hh=SUN;
printf("today is the %d th day in week\n", SUN);
printf("today is the %d th day in week\n", today);
return 0;
}
演示結(jié)果（我們可以看到改變了枚舉成員值，它就在這個(gè)基礎(chǔ)遞增下面的成員值）：
today is the 0 th day in week
today is the 10 th day in week
注意：
這里要注意，只能把枚舉值賦予枚舉變量，不能把元素的數(shù)值直接賦予枚舉變量，如一定要把數(shù)值賦予枚舉變量，則必須用強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，但是我在測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)編譯器居然可以這樣賦值，讀者最好自己測(cè)試一下（不過(guò)這里后面發(fā)現(xiàn)在c語(yǔ)言里面可以這樣操作，在c++里面不可以這樣操作，必須強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換）。
枚舉元素不是字符常量也不是字符串常量，使用時(shí)不要加單、雙引號(hào)。
枚舉類型是一種基本數(shù)據(jù)類型，而不是一種構(gòu)造類型，因?yàn)樗荒茉俜纸鉃槿魏位绢愋汀?/p>
枚舉值是常量，不是變量。
三、大小端模式：
1、什么是叫大小端模式？
a、什么叫大端模式（big-endian）？
在這種格式中，字?jǐn)?shù)據(jù)的高字節(jié)存儲(chǔ)在低地址中，而字?jǐn)?shù)據(jù)的低字節(jié)則存放在高地址中。
b、什么叫小端模式（little-endian）？
與大端存儲(chǔ)格式相反，在小端存儲(chǔ)格式中，低地址中存放的是字?jǐn)?shù)據(jù)的低字節(jié)，高地址存放的是字?jǐn)?shù)據(jù)的高字節(jié)。
2、實(shí)際解釋：
----- 我們把一個(gè)16位的整數(shù)0x1234存放到一個(gè)短整型變量（short）中。這個(gè)短整型變量在內(nèi)存中的存儲(chǔ)在大小端模式由下表所示：
地址偏移 |
大端模式 |
小端模式 |
0x00 |
12 |
34 |
0x01 |
34 |
12 |
說(shuō)明：
由上表所知，采用大小模式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存放的主要區(qū)別在于在存放的字節(jié)順序，大端方式將高位存放在低地址，小端方式將低位存放在低地址。
3、代碼實(shí)戰(zhàn)來(lái)判斷大小端模式：
#include <stdio.h>
// 共用體中很重要的一點(diǎn)：a和b都是從u1的低地址開(kāi)始的。
// 假設(shè)u1所在的4字節(jié)地址分別是：0、1、2、3的話，那么a自然就是0、1、2、3；
// b所在的地址是0而不是3.
union myunion
{
int a;
char b;
};
// 如果是小端模式則返回1，小端模式則返回0
int is_little_endian(void)
{
union myunion u1;
u1.a = 1; // 地址0的那個(gè)字節(jié)內(nèi)是1（小端）或者0（大端）
return u1.b;
}
int is_little_endian2(void)
{
int a = 1;
char b = *((char *)(&a)); // 指針?lè)绞狡鋵?shí)就是共用體的本質(zhì)
return b;
}
int main(void)
{
int i = is_little_endian2();
if (i == 1)
{
printf("小端模式\n");
}
else
{
printf("大端模式\n");
}
return 0;
}
演示結(jié)果：
這是小端模式
4、看似可行實(shí)則不行的測(cè)試大小端方式：位與、移位、強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)化：
#include <stdio.h>
int main(void)
{
// 強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換
int a;
char b;
a = 1;
b = (char)a;
printf("b = %d.\n", b); // b=1
/*
// 移位
int a, b;
a = 1;
b = a >> 1;
printf("b = %d.\n", b); //b=0
*/
/*
// 位與
int a = 1;
int b = a & 0xff; // 也可以寫成：char b
printf("b = %d.\n", b); //b=1
*/
return 0;
}
說(shuō)明：
(1)位與運(yùn)算：
結(jié)論：位與的方式無(wú)法測(cè)試機(jī)器的大小端模式。（表現(xiàn)就是大端機(jī)器和小 端機(jī)器的&運(yùn)算后的值相同的）
理論分析：位與運(yùn)算是編譯器提供的運(yùn)算，這個(gè)運(yùn)算是高于內(nèi)存層次的（或者說(shuō)&運(yùn)算在二進(jìn)制層次具有可移植性，也就是說(shuō)&的時(shí)候一定是高字節(jié)&高字節(jié)，低字節(jié)&低字節(jié)，和二進(jìn)制存儲(chǔ)無(wú)關(guān)）。
(2)移位：
結(jié)論：移位的方式也不能測(cè)試機(jī)器大小端。
理論分析：原因和&運(yùn)算符不能測(cè)試一樣，因?yàn)镃語(yǔ)言對(duì)運(yùn)算符的級(jí)別是高于二進(jìn)制層次的。右移運(yùn)算永遠(yuǎn)是將低字節(jié)移除，而和二進(jìn)制存儲(chǔ)時(shí)這個(gè)低字節(jié)在高位還是低位無(wú)關(guān)的。
(3)強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換和上面分析一樣的。
5、通信系統(tǒng)中的大小端（數(shù)組的大小端）
(1)譬如要通過(guò)串口發(fā)送一個(gè)0x12345678給接收方，但是因?yàn)榇诒旧硐拗?，只能以字?jié)為單位來(lái)發(fā)送，所以需要發(fā)4次；接收方分4次接收，內(nèi)容分別是：0x12、0x34、0x56、0x78.接收方接收到這4個(gè)字節(jié)之后需要去重組得到0x12345678（而不是得到0x78563412）。
(2)所以在通信雙方需要有一個(gè)默契，就是：先發(fā)/先接的是高位還是低位？這就是通信中的大小端問(wèn)題。
(3)一般來(lái)說(shuō)是：先發(fā)低字節(jié)叫小端；先發(fā)高字節(jié)就叫大端。在實(shí)際操作中，在通信協(xié)議里面會(huì)去定義大小端，明確告訴你先發(fā)的是低字節(jié)還是高字節(jié)。
(4)在通信協(xié)議中，大小端是非常重要的，大家使用別人定義的通信協(xié)議還是自己要去定義通信協(xié)議，一定都要注意標(biāo)明通信協(xié)議中大小端的問(wèn)題。
四、總結(jié)：
上面分享了一些我們常用的一些用法，掌握了這些就可以了，當(dāng)日后工作中有其他用法，再總結(jié)歸納，完善自己的知識(shí)體系。
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