union在嵌入式编程中的3个妙用(上)

junhong07 | 当前状态：在线 总积分：7915 2024年可用积分：1 注册时间： 2008-01-15 最后登录时间： 2019-06-23 空间发短消息加为好友: union在嵌入式编程中的3个妙用(上)

junhong07 发表于 2009/10/21 20:53:35 935 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]

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在嵌入式系统中，一般不建议使用union结构，因为union结构中的各个成员之间存在相互影响，容易滋生问题。可见，union也是把双刃剑。懂得使用它的人可以做到“削铁如泥”，而不懂得使用它的人很可能会被其所伤。下面介绍的几种方法都是嵌入式系统常用的几种技巧。如果熟练掌握，将来定有所用。

1. all的使用

使用all的数据结构模型:

typedef _my_union

{

unsigned int all;

/*sizeof(my_union.my_struct)必须与sizeof(my_union.all)相等*/

struct

{

...

}my_struct;
}my_union;

－－－－－－－－－－EXAMPLE 1－－－－－－－－

嵌入式系统开发者应该对Little-endian和Big-endian模式非常了解。采用Little-endian模式的CPU对操作数的存放方式是从低字节到高字节，而Big-endian模式对操作数的存放方式是从高字节到低字节。例如，32bit宽的数0x12345678在Little-endian模式CPU内存中的存放方式（假设从地址0x4000开始存放）为：

内存地址	存放内容
0x4000	0x78
0x4001	0x56
0x4002	0x34
0x4003	0x12

而在Big-endian模式CPU内存中的存放方式则为：

内存地址	存放内容
0x4000	0x12
0x4001	0x34
0x4002	0x56
0x4003	0x78

联合体union的存放顺序是所有成员都从低地址开始存放，利用该特性就可以轻松地获得了CPU对内存采用Little-endian还是Big-endian模式读写。

测试代码：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

int isLittleEndian()
{
union _dword
{
        int all;
       struct _bytes
       {
           char byte0;/*对little来说是最低位，而对big则是最高位*/
               char pad[3];
         }bytes;
}dword;

dword.all=0x87654321;/*all的功能就是给dword四个字节赋值*/

return (0x21==dword.bytes.byte0);/*查看第一个字节*/
}

分析：

如果你的处理器调用函数isLittleEndian返回1，那么说明你的处理器为little endian,否则为big endian.注意，如果在little endian处理器上，byte0和pad按内存从低到高的存放顺序：LOW->byte0 pad[0] pad[1] pad[2] ->HIGH；0x87654321按内存从低到高的存放顺序: 0x21 0x43 0x65 0x87, 可见byte0对应到0x21。所以通过判断dword中第一个字节dword.bytes.byte0是否与0x21相等就可以看出是否是little endian。

－－－－－－－－－－EXAMPLE 2－－－－－－－－

#include <stdio.h>

typedef union _student
{
unsigned int all;/*all可以同时清理或设置info中的所有内容*/

struct
{
  unsigned int pad:         7;/* 7 bit */
  unsigned int used:        1;/* 高位 */
  unsigned int personal_id: 8;
  unsigned int class_id:    3;
  unsigned int subject_id:  6;
  unsigned int score:       7;/*低位*/
}info;

}student;

#define MAX_STUDENT_NUM 100
unsigned int students;
unsigned int student_database[MAX_STUDENT_NUM]={0};

int           add_to_database(unsigned int data);
int           find_from_database(unsigned int personal_id);
int           delete_from_database(unsigned int personal_id);
void          print_database(void);
void          print_student(unsigned int data);

int add_to_database(unsigned int data)
{
student stu;
int i;

for(i=0;i<MAX_STUDENT_NUM;i++)
{
  stu.all = student_database[i];

  if(!stu.info.used)
  {
   stu.all       = data;
   stu.info.used    = 1;

   student_database[i] = stu.all;
   return 1;
  }
}

return 0;
}

int find_from_database(unsigned int personal_id)
{
student stu;
int i;

for(i=0;i<MAX_STUDENT_NUM;i++)
{
  stu.all = student_database[i];

  if(stu.info.used && stu.info.personal_id==personal_id)
  {
   return stu.all;
  }
}

return -1;
}

void print_student(unsigned int data)
{
  student stu;

  stu.all = data;

  printf("personal id %d,class id %d,subject id %d,score %d\n",
    stu.info.personal_id,stu.info.class_id,stu.info.subject_id,

　　　　stu.info.score);
}

void print_database(void)
{
student stu;
int i;

for(i=0;i<MAX_STUDENT_NUM;i++)
{
  stu.all = student_database[i];

  if(stu.info.used)
  {
   print_student(stu.all);
  }
}
}

int main(int argc, char *argv[])
{
student jack,jone;

jack.all       = 0;

jack.info.personal_id = 102;
jack.info.class_id    = 2; /*class 2*/
jack.info.subject_id = 2; /*English*/
jack.info.score       = 50; /*fouled*/

add_to_database(jack.all);

jone.all              = 0;

jone.info.personal_id = 88;
jone.info.class_id    = 2; /*calss 2*/
jone.info.subject_id = 2; /*English*/
jone.info.score       = 73; /*passed*/

add_to_database(jone.all);

jack.all = find_from_database(jack.info.personal_id);

if(jack.all<0)
{
  printf("no such student with id %d\n",jone.info.personal_id);
}
else
{
   printf("found! ");
   print_student(jack.all);
}

print_database();
}

运行结果：

found! personal id 102,class id 2,subject id 2,score 50
personal id 102,class id 2,subject id 2,score 50
personal id 88,class id 2,subject id 2,score 73

2. union巧妙地实现多字化节数据类型之间的转化

在涉及音视频编解码算法中，经常会涉及一些数据压缩、声音解码、图象的缩放等问题。
这里通过一个例子来推荐一种union绝妙用法(这种方法由Equator公司提供，在我们公司的图象处理算法中用得很多)。在该例子中，利用union结构n64u实现占８个字节n64类型与单字节的c0~c7的相互转换，从而达到数据压缩和分解的目的。

#include <stdio.h>

#define IN
#define OUT
#define INOUT

typedef unsigned long long n64;
typedef unsigned int   n32;
typedef unsigned short  n16;
typedef unsigned char  n8;

typedef struct _s8t{
unsigned char c0, c1, c2, c3, c4, c5, c6, c7;
}s8t;

/*利用n64和c0~c7占用同一内存区，实现它们之间的相互转换*/

typedef union {
n64 n64;

        struct {
                n32 l0, l1;
        } u32;

        struct {
                long l0, l1;
        } s32;

        struct {
                unsigned short s0, s1, s2, s3;
        } u16;

        struct {
                short s0, s1, s2, s3;
        } s16;

        struct {
                unsigned char c0, c1, c2, c3, c4, c5, c6, c7;
        } u8;

        struct {
            char c0, c1, c2, c3, c4, c5, c6, c7;
        } s8;
} n64u;

#define MAX_DATA_COMPRESSED_NUM 8

int compress64_8(IN const n64* src,IN n16 n,OUT n8* dst);
int uncompress8_64(IN const n8* src,IN n16 n,OUT n64* dst);

int compress64_8(IN const n64* src,IN n16 n,OUT n8* dst)
{
n64u n64u_data;
register n64* n64ptr=(n64*)src;
register n8* n8ptr=dst;
n16 i="0",num=n;

if(NULL==n64ptr || NULL==n8ptr || n<1)
{
  printf("invalid param,src 0x%x,dst 0x%x,n %d\n",n64ptr,n8ptr,n);
  return 0;
}

for(i=0;i<num;i++)
{
   n64u_data.n64 = *n64ptr++;

   /*用简单的均值法将8个点压缩成1个点*/
   *n8ptr++ = (n64u_data.u8.c0+n64u_data.u8.c1+n64u_data.u8.c2+\
    n64u_data.u8.c3+n64u_data.u8.c4+n64u_data.u8.c5+\
    n64u_data.u8.c6+n64u_data.u8.c7)/(sizeof(n64)/sizeof(n8));
}
return 1;
}

int uncompress8_64(IN const n8* src,IN n16 n,OUT n64* dst)
{
n64u n64u_data;
register n64* n64ptr=dst;
register n8* n8ptr=(n8*)src;
register n8 n8data;
n16 i="0",num=n;

if(NULL==n64ptr || NULL==n8ptr || n<1)
{
  printf("invalid param,src 0x%x,dst 0x%x,n %d\n",n64ptr,n8ptr,n);
  return 0;
}

for(i=0;i<num;i++)
{
    n8data=*n8ptr++;

   /*将1个点解压成8个点，采用简单的还原，所以有失真*/
    n64u_data.u8.c0 = n8data;
    n64u_data.u8.c1 = n8data;
    n64u_data.u8.c2 = n8data;
    n64u_data.u8.c3 = n8data;
    n64u_data.u8.c4 = n8data;
    n64u_data.u8.c5 = n8data;
    n64u_data.u8.c6 = n8data;
    n64u_data.u8.c7 = n8data;

    *n64ptr++ = n64u_data.n64;
}
}

int main(int argc, char *argv[])
{
n64 n64data[MAX_DATA_COMPRESSED_NUM];
n8   n8data[MAX_DATA_COMPRESSED_NUM];
s8t s8t_data[MAX_DATA_COMPRESSED_NUM]
=
{/*即将被压缩的数据,一个数据占一个字节*/
{1,2,3,4,5,6,7,8},/*8个字节被压缩成单个字节*/
{2,2,3,4,5,6,7,7},
{3,2,3,4,5,6,7,6},
{4,2,3,4,5,6,7,5},
{5,2,3,4,5,6,7,4},
{6,2,3,4,5,6,7,3},
{7,2,3,4,5,6,7,2},
{8,7,6,5,4,3,2,1}
};

n16 i,n=MAX_DATA_COMPRESSED_NUM;

printf("data:\n");
for(i=0;i<n;i++)
{
      n64data[i] = *(n64*)&s8t_data[i];

      printf("%3u %3u %3u %3u %3u %3u %3u %3u\n",

　　　　　s8t_data[i].c0,s8t_data[i].c1,s8t_data[i].c2,

　　　　　s8t_data[i].c3,s8t_data[i].c4,s8t_data[i].c5,

        s8t_data[i].c6,s8t_data[i].c7);
}
printf("\n");

compress64_8(n64data,n,n8data);

printf("compressed to:\n");
for(i=0;i<n;i++)
{
      printf("%3u ",n8data[i]);
}
printf("\n\n");

uncompress8_64(n8data,n,n64data);

printf("uncompressed to:\n");
for(i=0;i<n;i++)
{
      *(n64*)&s8t_data[i] = n64data[i];

      printf("%3u %3u %3u %3u %3u %3u %3u %3u\n",

s8t_data[i].c0,s8t_data[i].c1,s8t_data[i].c2,

s8t_data[i].c3,s8t_data[i].c4,s8t_data[i].c5,

s8t_data[i].c6,s8t_data[i].c7);
}
printf("\n");
}

/*
运行结果：
data:
1   2   3   4   5   6   7   8
2   2   3   4   5   6   7   7
3   2   3   4   5   6   7   6
4   2   3   4   5   6   7   5
5   2   3   4   5   6   7   4
6   2   3   4   5   6   7   3
7   2   3   4   5   6   7   2
8   7   6   5   4   3   2   1

compressed to:
4 4 4 4 4 4 4 4

uncompressed to:
4   4   4   4   4   4   4   4
4   4   4   4   4   4   4   4
4   4   4   4   4   4   4   4
4   4   4   4   4   4   4   4
4   4   4   4   4   4   4   4
4   4   4   4   4   4   4   4
4   4   4   4   4   4   4   4
4   4   4   4   4   4   4   4
*/

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