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从两道经典试题谈C/C++中联合体(union)的使用

xilinxue  发表于 2008/11/10 13:14:22      964 查看 1 回复  [上一主题]  [下一主题]

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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:
0x0000 0x0001 0x0002 0x0003
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0xcdab3412。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 l; } endian_test = { { 'l', '?', '?', 'b' } };
#define ENDIANNESS ((char)endian_test.l)
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 )
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    xilinxue   发表于 2008/11/10 13:14:22

    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;
    总结
    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(试题
    一是这样的例证);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(试题二是这样的例证)。



     

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    引用 xilinxue 2008/11/10 13:14:22 发表于2楼的内容

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