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  • 关于union和两道题

         “联合”与“结构”有一些相似之处。但两者有本质上的不同。在结构中各成员有各自的内存空间, 一个结构变量的总长度是各成员长度之和。而在“联合”中,各成员共享一段内存空间, 一个联合变量的长度等于各成员中最长的长度。应该说明的是, 这里所谓的共享不是指把多个成员同时装入一个联合变量内, 而是指该联合变量可被赋予任一成员值,但每次只能赋一种值, 赋入新值则冲去旧值。如前面介绍的“单位”变量, 如定义为一个可装入“班级”或“教研室”的联合后,就允许赋予整型值(班级)或字符串(教研室)。要么赋予整型值,要么赋予字符串,不能把两者同时赋予它。联合类型的定义和联合变量的说明一个联合类型必须经过定义之后, 才能把变量说明为该联合类型。
    一、联合的定义
    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 成员名的命名应符合标识符的规定。

    在C/C++程序的编写中,当多个基本数据类型或复合数据结构要占用同一片内存时,我们要使用联合体;当多种类型,多个对象,多个事物只取其一时(我们姑且通俗地称其为“n 选1”),我们也可以使用联合体来发挥其长处。首先看一段代码:
    union myun 
    {
       struct { int x; int y; int z; }u; 
       int k; 
    }a; 
    int main() 

       a.u.x =4;
       a.u.y =5; 
       a.u.z =6; 
       a.k = 0; 
       printf("%d %d %d\n",a.u.x,a.u.y,a.u.z);
       return 0;
    }
    union类型是共享内存的,以size最大的结构作为自己的大小,这样的话,myun这个结构就包含u这个结构体,而大小也等于u这个结构体的大小,在内存中的排列为声明的顺序x,y,z从低到高,然后赋值的时候,在内存中,就是x的位置放置4,y的位置放置5,z的位置放置6,现在对k赋值,对k的赋值因为是union,要共享内存,所以从union的首地址开始放置,首地址开始的位置其实是x的位置,这样原来内存中x的位置就被k所赋的值代替了,就变为0了,这个时候要进行打印,就直接看内存里就行了,x的位置也就是k的位置是0,而y,z的位置的值没有改变,所以应该是0,5,6

    在STL里面的二级空间配置器中的freeList中的节点结构就是采用联合这种方式的,详见《STL源码剖析》

    union obj{

       union obj* free_list_link;

       char client_data[1];

    };

    此种结构不会因为维护链表所必需的指针而造成内存的另一种浪费

    两道试题:

    试题一:编写一段程序判断系统中的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 认为第一个字节是最高位字节(按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,它认为第一个字节是最低位字节(按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)。

    例如,假设从内存地址0x0000 开始有以下数据:

    0x12 0x34 0xab 0xcd

    如果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xcdab3412。如果我们将0x1234abcd 写入到以0x0000 开始的内存中,则Little endian 和Big endian 模式的存放结果如下:

    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 通常是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只能是将一个字节(CHAR/BYTE 类型)的数据和一个整型数据存放于同样的内存开始地址,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判断CPU 工作于Little endian 还是Big endian 模式。得出如下的答案:

    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,判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,我们可以将一个CHAR/BYTE 数据和一个整型数据同时作为一个union 的成员,得出

    如下答案:

    int checkCPU()

    {

      {

        union w

        {

          int a;

          char b;

        }c;

        c.a = 1;

        return (c.b == 1);

       }

    }

    实现同样的功能,我们来看看Linux 操作系统中相关的源代码是怎么做的:

    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同样的功能!由以上一段代码我们可以深刻领会到Linux 源代码的精妙之处!(如果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,请编写程序以最简单的方式组

    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,每次只能发四类报文中的一种,我们可以将四类报文的结构体组织为一个union(共享一段内存,但每次有效的只是一种),然后和报文类型字段统一组织成一个报文数据结构。

    解答:

    根据上述分析,我们很自然地得出如下答案:

    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;

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