01聯(lián)合體

之前的文章《枚舉和結(jié)構(gòu)體的結(jié)合》文中提到，結(jié)構(gòu)體就像是打包封裝，把一些有共同特征的變量封裝在內(nèi)部。結(jié)構(gòu)體是一種構(gòu)造類型或復(fù)雜類型，它可以包含多個類型不同的成員。在C語言中，還有另外一種和結(jié)構(gòu)體非常類似的語法，叫做聯(lián)合體(Union)(有些地方也叫做共用體)。

聯(lián)合體舉例如下

union data{
    char n;
    char ch;
    char f;
};
union data a, b, c;

結(jié)構(gòu)體和聯(lián)合體的區(qū)別在于：結(jié)構(gòu)體的各個成員會占用不同的內(nèi)存，互相之間沒有影響;而聯(lián)合體的所有成員占用同一段內(nèi)存，修改一個成員會影響其余所有成員。

結(jié)構(gòu)體占用的內(nèi)存大于等于所有成員占用的內(nèi)存的總和(存在字節(jié)對齊問題，這里不深入討論)。

聯(lián)合體占用的內(nèi)存等于最長的成員占用的內(nèi)存。聯(lián)合體中如果對新的成員賦值，就會把原來成員的值覆蓋掉。

//上文的聯(lián)合體定義
char data；
a.n = 0x0A;//雖然只修改了成員變量n，但是ch和f變量都會被改變
data = a.f;//那么data的值就會被修改為0x0A

02聯(lián)合體的應(yīng)用

聯(lián)合體在一般中的編程應(yīng)用中還是很少的，在單片機(jī)編程中較多，在之前的文章《枚舉和結(jié)構(gòu)體的結(jié)合》將枚舉和結(jié)構(gòu)體的結(jié)合，下面的例子簡單說明下聯(lián)合體在結(jié)構(gòu)體中的應(yīng)用(我的日常開發(fā)中聯(lián)合體一般都是和結(jié)構(gòu)體一起使用的)。

在做顯示屏應(yīng)用時牽扯到一個概念，顯示屏(全彩)上一個像素點(diǎn)是由于Red，Green，Blue三種顏色組成，在888模式下，每個像素點(diǎn)都是由8個bit組成的，這個時候?yàn)榱吮闶且粋€像素點(diǎn)就需要用到結(jié)構(gòu)體，這也對應(yīng)前面的文章，結(jié)構(gòu)體就像是打包封裝，把一些有共同特征的變量封裝在內(nèi)部。

typedef struct{
    uint8_t Red;
    uint8_t Green;
    uint8_t Blue;
    uint32_t Pix_Value;
}LCD_Pixvalue_S;

上面這樣的寫法是十分清晰的，訪問很方便，可以單獨(dú)訪整個像素，也可以訪問像素的某個顏色，有個問題那就是我操作紅色像素，需要重新給Pix_Value成員賦值，如下

LCD_Pixvalue_S LCD_Pixvalue；
LCD_Pixvalue.Red = 0x12;
LCD_Pixvalue.Pix_Value = LCD_Pixvalue.Red<<16 | LCD_Pixvalue.Red<<8 |LCD_Pixvalue.Blue;

需要多一句代碼，并且內(nèi)存占用也大。當(dāng)然，直接用下面寫法，不會多占用內(nèi)存，但是訪問不方便。

typedef struct{
    uint32_t Pix_Value;
}LCD_Pixvalue_S;

那么這個時候，使用聯(lián)合體和結(jié)構(gòu)體組合起來，就可以既不會多占內(nèi)存，訪問也很方便。

typedef union{
    struct{
        uint8_t Red;
        uint8_t Green;
        uint8_t Blue;      
    }Pix;
    uint32_t Pix_Value;
}LCD_Pixvalue_S;

那么就可以如下操作

LCD_Pixvalue_S LCD_Pixvalue；
uint32_t data;
LCD_Pixvalue.Pix_Value = 0x0012FF00;
LCD_Pixvalue.Pix.Red = 0x25;//單獨(dú)修改紅色
data = LCD_Pixvalue.Pix_Value;//data的值就為0x0025FF00

當(dāng)然，結(jié)構(gòu)體的定義你也可以寫到外面，其他地方可以使用，如下

typedef struct{
    uint8_t Red;
    uint8_t Green;
    uint8_t Blue;      
}Pix_s;
typedef union{
    Pix_s Pix;
    uint32_t Pix_Value;
}LCD_Pixvalue_S;

那么關(guān)于內(nèi)存占用的問題，上面的定義方法，定義一個LCD_Pixvalue_S類型的變量占用4個字節(jié)。示例圖如下

03聯(lián)合體在串口開發(fā)中的應(yīng)用

上面舉例LCD應(yīng)用中聯(lián)合體的應(yīng)用，這個是由于LCD一個像素由紅綠藍(lán)3色組成，所以用聯(lián)合體很方便。在單片機(jī)項(xiàng)目開發(fā)中，串口協(xié)議解析也可以利用到聯(lián)合體，十分方便。

在私有自定義協(xié)議中，合理定義協(xié)議，利用聯(lián)合體代碼十分方便。下面的例子不講幀頭，幀尾部分，舉例聯(lián)合體在協(xié)議解析中的應(yīng)用，靈活應(yīng)用。

串口協(xié)議舉例如下

那么代碼可以如下編寫

typedef union{
    struct{
        uint32_t cmdlen;
        uint8_t cmd;
        uint8_t cmdbuf[7];
        uint16_t crc16;
    }unit;
    uint8_t buffer[14];
}uart_buffer_s;
uart_buffer_s uart_buffer;
int main(void)
{
  uint8_t len;
  len = 0;
  uart_buffer.buffer[len++] = 0x12;
  uart_buffer.buffer[len++] = 0x34;
  uart_buffer.buffer[len++] = 0x56;
  uart_buffer.buffer[len++] = 0x78;
  uart_buffer.buffer[len++] = 0xAA;
  for(int i=0;i<7;i++)
  {
    uart_buffer.buffer[len++] = i;
  }
  uart_buffer.buffer[len++] = 0x11;
  uart_buffer.buffer[len++] = 0x22;
  while (1);
}

運(yùn)行的結(jié)果如下

可以看到，我們只是往uart_buffer.buffer填充數(shù)據(jù)，模擬串口接收數(shù)據(jù)，接收完畢后，就自動解析出來我們自定義的cmdlen，cmd，cmdbuf和crc16。這里需要注意的是16位和32位的數(shù)據(jù)類型是小端模式，關(guān)于小端模式請看之前的文章《C語言在STM32中的內(nèi)存分配》，這個還是很方便的。

!!!但是!!!需要注意字節(jié)對齊的問題，比如把上述cmdbuf修改為8個字節(jié)，就會出問題，如下

crc16就會出問題，這個就是字節(jié)對齊的問題，不懂的同學(xué)自行百度一下，這里不再重點(diǎn)講解。

除了上述自定義協(xié)議解析時會用到聯(lián)合體，還可以解決浮點(diǎn)型float的讀取問題，float是占用4個字節(jié)的，如果將從串口接收的4個字節(jié)轉(zhuǎn)換成float呢?聯(lián)合體就可以可以解決這個問題

下面示例代碼，我們知道浮點(diǎn)數(shù)231.5的16進(jìn)制表示為0x43678000。

typedef union{
    float data;
    uint8_t buffer[4];
}uart_buffer_s;
uart_buffer_s uart_buffer;
int main(void)
{
  uint8_t len;
  len = 0;
  uart_buffer.buffer[len++] = 0x00;
  uart_buffer.buffer[len++] = 0x80;
  uart_buffer.buffer[len++] = 0x67;
  uart_buffer.buffer[len++] = 0x43;
  while (1);
}

結(jié)果如下

可以看到我們模擬從串口收到4個字節(jié)，使用聯(lián)合體，不用我們額外寫代碼，就可以自動轉(zhuǎn)化為float型。當(dāng)然這個轉(zhuǎn)換也是小端模式的，小端模式詳解請看文章《C語言在STM32中的內(nèi)存分配》。