从两道经典试题谈C/C 中联合体

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 )
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）。