學習嵌入式C編程語言：了解聯(lián)合數(shù)據(jù)對象

uniontest{
uint8_tc;
uint32_ti;
};

現(xiàn)在，我們可以創(chuàng)建該聯(lián)合模板的變量：

uniontestu1;

u1.i=10;
m=u1.c;

“設備A”應將狀態(tài)，速度和位置信息發(fā)送到“設備B”。狀態(tài)信息由三個變量組成，這些變量指示電池電量，操作模式和環(huán)境溫度。該位置由兩個變量表示，這些變量顯示了x軸和y軸的位置。最后，速度由單個變量表示。假定這些變量的大小如下表所示。

如果“設備B”需要不斷獲取所有這些信息，我們可以將所有這些變量存儲在結構中，并將該結構發(fā)送到“設備B”。結構大小將至少等于這些變量的大小之和，即9個字節(jié)。

因此，每次“設備A”與“設備B”對話時，都需要通過兩個設備之間的通信鏈路傳輸9字節(jié)的數(shù)據(jù)幀。圖2描繪了“設備A”用來存儲變量和需要通過通信鏈接的數(shù)據(jù)幀的結構。


圖2
但是，讓我們考慮另一種情況，我們僅偶爾需要發(fā)送狀態(tài)信息。另外，假設沒有必要在給定時間同時獲取位置和速度信息。換句話說，有時我們僅發(fā)送位置，有時僅發(fā)送速度，有時僅發(fā)送狀態(tài)信息。在這種情況下，將信息存儲為9字節(jié)結構并通過通信鏈接進行傳輸似乎不是一個好主意。

狀態(tài)信息只能由三個字節(jié)表示。對于位置和速度，我們分別只需要四個和兩個字節(jié)。因此，“設備A”在一次傳輸中需要發(fā)送的最大字節(jié)數(shù)為4，因此，我們僅需要四個字節(jié)的內(nèi)存即可存儲此信息。這四個字節(jié)的內(nèi)存空間將在我們的三種消息類型之間共享（請參見圖3）。

此外，請注意，通過通信鏈路傳遞的數(shù)據(jù)幀的長度從九個字節(jié)減少到四個字節(jié)。


圖3
總而言之，如果我們的程序具有互斥的變量，我們可以將它們存儲在共享的內(nèi)存區(qū)域中，以保留寶貴的內(nèi)存空間。這可能很重要，尤其是在內(nèi)存受限的嵌入式系統(tǒng)中。在這種情況下，我們可以使用聯(lián)合創(chuàng)建所需的共享內(nèi)存空間。

上面的示例表明，使用聯(lián)合來處理互斥變量也可以幫助我們節(jié)省通信帶寬。節(jié)省通信帶寬有時甚至比節(jié)省內(nèi)存更為重要。

對消息包使用聯(lián)合
讓我們看看如何使用聯(lián)合存儲上面示例的變量。我們有三種不同的消息類型：狀態(tài)，位置和速度。我們可以為狀態(tài)和位置消息的變量創(chuàng)建一個結構（以便將這些消息的變量分組并作為單個數(shù)據(jù)對象進行操作）。
以下結構用于此目的：

struct{
uint8_tpower;
unit8_top_mode;
uint8_ttemp;
}status;

struct{
uint16_tx_pos;
unit16_ty_pos;
}position;

現(xiàn)在，我們可以將這些結構與“ vel”變量一起放在一個并集中：

union{
struct{
uint8_tpower;
unit8_top_mode;
uint8_ttemp;
}status;

struct{
uint16_tx_pos;
unit16_ty_pos;
}position;

uint16_tvel;

}msg_union;

上面的代碼指定了聯(lián)合模板，并創(chuàng)建了該模板的變量（名為“ msg_union”）。在該聯(lián)合內(nèi)部，有兩個結構（“狀態(tài)”和“位置”）和一個兩個字節(jié)的變量（“ vel”）。此聯(lián)合的大小將等于其最大成員的大小，即“位置”結構，該結構占用四個字節(jié)的內(nèi)存。此存儲空間在“狀態(tài)”，“位置”和“ vel”變量之間共享。

如何跟蹤結構體活躍成員
我們可以使用上述聯(lián)合的共享內(nèi)存空間來存儲我們的變量；但是，仍然存在一個問題：接收方應如何確定已發(fā)送哪種類型的消息？接收者需要識別消息類型才能成功解釋接收到的信息。例如，如果我們發(fā)送“位置”消息，則接收到的數(shù)據(jù)的所有四個字節(jié)都很重要，但是對于“速度”消息，僅應使用接收到的字節(jié)中的兩個。

要解決此問題，我們需要將聯(lián)合與另一個變量關聯(lián)，例如“ msg_type”，該變量指示消息類型（或最后寫入的聯(lián)合成員）。結合有離散值（表示該聯(lián)盟的活動成員）的聯(lián)合稱為“區(qū)分聯(lián)合”或“標記聯(lián)合”。

關于“ msg_type”變量的數(shù)據(jù)類型，我們可以使用C語言的枚舉數(shù)據(jù)類型來創(chuàng)建符號常量。但是，我們將使用字符來指定消息類型，只是為了使事情盡可能簡單：

struct{
uint8_tmsg_type;
union{
struct{
uint8_tpower;
unit8_top_mode;
uint8_ttemp;
}status;

struct{
uint16_tx_pos;
unit16_ty_pos;
}position;

uint16_tvel;

}msg_union;
}message;

我們可以為“ msg_type”變量考慮三個可能的值：“ s”表示“狀態(tài)”消息，“ p”表示“位置”消息，“ v”表示“速度”消息?，F(xiàn)在，我們可以將“消息”結構發(fā)送到“設備B”，并使用“ msg_type”變量的值作為消息類型的指示符。例如，如果接收到的“ msg_type”的值為“ p”，則“設備B”將知道共享內(nèi)存空間包含兩個2字節(jié)變量。

注意，由于我們需要傳遞“ msg_type”變量，因此必須在通過通信鏈接發(fā)送的數(shù)據(jù)幀中添加另一個字節(jié)。還請注意，使用此解決方案，接收者無需提前知道傳入的是哪種消息。

替代解決方案：動態(tài)內(nèi)存分配
我們看到，并集使我們可以聲明一個共享內(nèi)存區(qū)域，以節(jié)省內(nèi)存空間和通信帶寬。但是，還有另一種存儲互斥變量的方法，例如上面的示例。第二種解決方案使用動態(tài)內(nèi)存分配來存儲每種消息類型的變量。

同樣，我們將需要有一個變量“ msg_type”來指定通信鏈路的發(fā)送器和接收器端的消息類型。例如，如果“設備A”需要發(fā)送位置消息，它將“ msg_type”設置為“ p”并分配四個字節(jié)的存儲空間來存儲“ x_pos”和“ y_pos”變量。接收器將檢查“ msg_type”的值，并根據(jù)其值創(chuàng)建適當?shù)拇鎯臻g以存儲和解釋傳入的數(shù)據(jù)幀。

就內(nèi)存使用而言，動態(tài)內(nèi)存的使用會更有效，因為我們?yōu)槊糠N消息類型分配的空間恰到好處?；诼?lián)合的解決方案并非如此。在那里，我們有四個字節(jié)的共享內(nèi)存來存儲所有三種消息類型，盡管“狀態(tài)”消息和“速度”消息分別僅需要三個字節(jié)和兩個字節(jié)。但是，動態(tài)內(nèi)存分配可能會變慢，并且程序員需要包含釋放分配的內(nèi)存的代碼。因此，程序員通常更喜歡使用基于聯(lián)合的解決方案。