聯合體在單片機編程中的應用
01聯合體
之前的文章《枚舉和結構體的結合》文中提到，結構體就像是打包封裝，把一些有共同特征的變量封裝在內部。結構體是一種構造類型或復雜類型，它可以包含多個類型不同的成員。在C語言中，還有另外一種和結構體非常類似的語法，叫做聯合體(Union)(有些地方也叫做共用體)。
聯合體舉例如下
union data{
char n;
char ch;
char f;
};
union data a, b, c;
結構體和聯合體的區別在于：結構體的各個成員會占用不同的內存，互相之間沒有影響;而聯合體的所有成員占用同一段內存，修改一個成員會影響其余所有成員。
結構體占用的內存大于等于所有成員占用的內存的總和(存在字節對齊問題，這里不深入討論)。
聯合體占用的內存等于最長的成員占用的內存。聯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聯合體的應用
聯合體在一般中的編程應用中還是很少的，在單片機編程中較多，在之前的文章《枚舉和結構體的結合》將枚舉和結構體的結合，下面的例子簡單說明下聯合體在結構體中的應用(我的日常開發中聯合體一般都是和結構體一起使用的)。
在做顯示屏應用時牽扯到一個概念，顯示屏(全彩)上一個像素點是由于Red，Green，Blue三種顏色組成，在888模式下，每個像素點都是由8個bit組成的，這個時候為了便是一個像素點就需要用到結構體，這也對應前面的文章，結構體就像是打包封裝，把一些有共同特征的變量封裝在內部。
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，并且內存占用也大。當然，直接用下面寫法，不會多占用內存，但是訪問不方便。
typedef struct{
uint32_t Pix_Value;
}LCD_Pixvalue_S;
那么這個時候，使用聯合體和結構體組合起來，就可以既不會多占內存，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;//單獨修改紅色
data = LCD_Pixvalue.Pix_Value;//data的值就為0x0025FF00
當然，結構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;
那么關于內存占用的問題，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。示例圖如下
03聯合體在串口開發中的應用
上面舉例LCD應用中聯合體的應用，這個是由于LCD一個像素由紅綠藍3色組成，所以用聯合體很方便。在單片機項目開發中，串口協議解析也可以利用到聯合體，十分方便。
在私有自定義協議中，合理定義協議，利用聯合體代碼十分方便。下面的例子不講幀頭，幀尾部分，舉例聯合體在協議解析中的應用，靈活應用。
串口協議舉例如下
功能 | 字節長度 |
命令長度 | 4 |
命令字 | 1 |
命令內容 | 7 |
crc16 | 2 |
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);
}
運行的結果如下
可以看到，我們只是往uart_buffer.buffer填充數據，模擬串口接收數據，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位的數據類型是小端模式，關于小端模式請看之前的文章《C語言在STM32中的內存分配》，這個還是很方便的。
!!!但是!!!需要注意字節對齊的問題，比如把上述cmdbuf修改為8個字節，就會出問題，如下
crc16就會出問題，這個就是字節對齊的問題，不懂的同學自行百度一下，這里不再重點講解。
除了上述自定義協議解析時會用到聯合體，還可以解決浮點型float的讀取問題，float是占用4個字節的，如果將從串口接收的4個字節轉換成float呢?聯合體就可以可以解決這個問題
下面示例代碼，我們知道浮點數231.5的16進制表示為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);
}
結果如下
可以看到我們模擬從串口收到4個字節，使用聯合體，不用我們額外寫代碼，就可以自動轉化為float型。當然這個轉換也是小端模式的，小端模式詳解請看文章《C語言在STM32中的內存分配》。
