C/C++中的聯合體union及CPU大小端判定

 在C/C++程式的編寫中，當多個基礎資料型別 (Elementary Data Type)或複合資料結構要佔用同一片記憶體時，我們要使用聯合體；當多種類型，多個對象，多個事物只取其一時（我們姑且通俗地稱其為“n 選1”），我們也可以使用聯合體來發揮其長處。首先看一段代碼：

View Code

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類型是共用記憶體的，以size最大的結構作為自己的大小，這樣的話，myun這個結構就包含u這個結構體，而大小也等於u這個結構體的大小，在記憶體中的排列為聲明的順序x,y,z從低到高，然後賦值的時候，在記憶體中，就是x的位置放置4，y的位置放置5，z的位置放置6，現在對k賦值，對k的賦值因為是union，要共用記憶體，所以從union的首地址開始放置，首地址開始的位置其實是x的位置，這樣原來記憶體中x的位置就被k所賦的值代替了，就變為0了，這個時候要進行列印，就直接看記憶體裡就行了，x的位置也就是k的位置是0，而y，z的位置的值沒有改變，所以應該是 0,5,6。 再看兩個試題：試題一：編寫一段程式判斷系統中的CPU 是Little endian 還是Big endian 模式？
分析：
作為一個電腦相關專業的人，我們應該在電腦群組成中都學習過什麼叫Little endian 和Big endian。Little endian 和Big endian 是CPU 存放資料的兩種不同順序。對於整型、長整型等資料類型，Big endian 認為第一個位元組是最高位位元組（ 按照從低地址到高地址的順序存放資料的高位位元組到低位位元組——大端）；而Little endian 則相反，它認為第一個位元組是最低位位元組（ 按照從低地址到高地址的順序存放資料的低位位元組到高位位元組——小端）。
例如，假設從記憶體位址0x0000 開始有以下資料：
0x12 0x34 0xab 0xcd
如果我們去讀取一個地址為0x0000 的四個位元組變數，若位元組序為big-endian，則讀出結果為0x1234abcd；若位元組序位little-endian，則讀出結果為xcdab3412。如果我們將0x1234abcd 寫入到以0x0000 開始的記憶體中，則Little endian 和Big endian 模式的存放結果如下：
地址               0x0000 0x0001 0x0002 0x0003
big-endian        0x12     0x34     0xab     0xcd
little-endian       0xcd     0xab     0x34     0x12
一般來說，x86 系列CPU 都是little-endian 的位元組序，PowerPC 通常是Big endian，還有的CPU 能通過跳線來設定CPU 工作於Little endian 還是Big endian 模式。
解答：
顯然，解答這個問題的方法只能是將一個位元組（CHAR/BYTE 類型）的資料和一個整型資料存放於同樣的記憶體開始地址，通過讀取整型資料，分析CHAR/BYTE 資料在整型資料的高位還是低位來判斷CPU 工作於Little endian 還是Big endian 模式。得出如下的答案：View Code

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(通過指標類型強制轉換並對整型資料首位元組賦值，判斷該賦值賦給了高位還是低位)外，還有沒有更好的辦法呢？我們知道，union 的成員本身就被存放在相同的記憶體空間（共用記憶體，正是union 發揮作用、做貢獻的去處），因此，我們可以將一個CHAR/BYTE 資料和一個整型資料同時作為一個union 的成員，得出
如下答案：View Code

int checkCPU()
{
　　union w
　　{
 　　　int a;
 　　　char b;
　　}c;
　　c.a = 1;
　　return (c.b == 1);  // 小端返回TRUE,大端返回FALSE
}

實現同樣的功能，我們來看看Linux 作業系統中相關的原始碼是怎麼做的：View Code

static union { char c[4]; unsigned long mylong; } endian_test = {{ 'l', '?', '?', 'b' } };
#define ENDIANNESS ((char)endian_test.mylong)

Linux 的核心作者們僅僅用一個union 變數和一個簡單的宏定義就實現了一大段代碼同樣的功能！由以上一段代碼我們可以深刻領會到Linux 原始碼的精妙之處！(如果ENDIANNESS=’l’表示系統為little endian,為’b’表示big endian )
試題二：假設網路節點A 和網路節點B 中的通訊協定涉及四類報文，報文格式為“報文類型欄位+報文內容的結構體”，四個報文內容的結構體類型分別為STRUCTTYPE1~ STRUCTTYPE4，請編寫程式以最簡單的方式組
織一個統一的報文資料結構。
分析：
報文的格式為“報文類型+報文內容的結構體”，在真實的通訊中，每次只能發四類報文中的一種，我們可以將四類報文的結構體組織為一個union（共用一段記憶體，但每次有效只是一種），然後和報文類型欄位統一組織成一個報文資料結構。
解答：
根據上述分析，我們很自然地得出如下答案：View Code

typedef unsigned char BYTE;
//報文內容聯合體
typedef union tagPacketContent
{
　　STRUCTTYPE1 pkt1;
　　STRUCTTYPE2 pkt2;
　　STRUCTTYPE3 pkt1;
　　STRUCTTYPE4 pkt2;
}PacketContent;
//統一的報文資料結構
typedef struct tagPacket
{
　　BYTE pktType;
　　PacketContent pktContent;
}Packet;

【參考資料 感謝作者】

以上摘自：http://blog.chinaunix.net/u2/84450/showart_1829958.html

另外，我看到篇文章：http://hi.baidu.com/ilotus_y/blog/item/e8d68c29130875f998250aaa.html 討論C++聯合體的進階應用程式。