小议大小端模式对C语言的共用体结构的影响

1、一些问题

问题1

1. union   
2. {  
3.     int i;  
4.     char ch[2];  
5. }key;  
6. main()  
7. {  
8.     key.i=65*256+66;  
9.     printf("%c\t%c\n",key.ch[0],key.ch[1]);  
10. }  

答案是B      A；为什么不是A      B呢？

        在前面的文章中我们已经测试过，X86体系结构的CPU是小端模式的。比如一个数0x1234,放在内存里按照内存地址从低往高实际上是低地址字节里放的是0x34，高字节里放的是0x12。小端模式和我们平时感觉上的一致，把数位数越高的部分放在地址越高的部分。union类型是共享内存的，union中是按照从低到高放的，i=0x4142，也就是低地址中放的是42，高地址中放的是41，按照ch[0],ch[1]的顺序输出就是B      A。如果是大端模式的话就是打印两个空了，故不会出现A      B的情况。

问题2

1. {  
2.  　　struct { int x; int y; int z; }u;   
3. 　　 int k;   
4. }a;   
5. int main()   
6. {   
7. 　　 a.u.x =4;  
8.  　　a.u.y =5;   
9. 　　 a.u.z =6;   
10. 　　 a.k = 0;   
11. 　　 printf("%d %d %d\n",a.u.x,a.u.y,a.u.z);  
12. 　　 return 0;  
13. }  

        union类型是共享内存的，以size最大的结构作为自己的大小，这样的话，myun这个结构就包含u这个结构体，而大小也等于u这个结构体的大小，在内存中的排列为声明的顺序x,y,z从低到高，然后赋值的时候，在内存中，就是x的位置放置4，y的位置放置5，z的位置放置6，现在对k赋值，对k的赋值因为是union，要共享内存，所以从union的首地址开始放置，首地址开始的位置其实是x的位置，这样原来内存中x的位置就被k所赋的值代替了，就变为0了，这个时候要进行打印，就直接看内存里就行了，x的位置也就是k的位置是0，而y，z的位置的值没有改变，所以应该是0,5,6。

问题3

1. {  
2. 　　union   
3. 　　{  
4.  　　　int a;  
5.  　　　char b;  
6. 　　}c;  
7. 　　c.a = 1;  
8. 　　return (c.b == 1);  // 小端返回TRUE,大端返回FALSE  
9. }  

这个就不详细解释了，用来判定CPU大小端模式的一个经典例子。

问题4

1.     int a[2];  
2.     long b;  
3.     char c[4];  
4. }s;  
5. main()  
6. {  
7.     s.a[0]=0x12345678;  
8.     s.a[1]=0x23456789;  
9.     printf("%lx\n",s.b);  
10.     printf("%x,%x,%x,%x\n",s.c[0],s.c[1],s.c[2],s.c[3]);  
11. }  

答案是：
12345678  
78,56,34,12

问题5

1. main()  
2. {  
3.     union {  
4.         long i;  
5.         int k;  
6.         char ii;  
7.         char s[4];  
8.     } mix ;  
9.     mix.k=0x23456789;  
10.     printf("mix.i=%lx\n",mix.i);  
11.     printf("mix.k=%x\n",mix.k);  
12.     printf("mix.ii=%x\n",mix.ii);  
13.     printf("mix.s[0]=%x\tmix.s[1]=%x\n",mix.s[0],mix.s[1]);  
14.     printf("mix.s[2]=%x\tmix.s[3]=%x\n",mix.s[2],mix.s[3]);  
15.     return 0;  
16. }  

答案是：
mix.i=23456789
mix.k=23456789
mix.ii=ffffff89
mix.s[0]=ffffff89 mix.s[1]=67
mix.s[2]=45 mix.s[3]=23
出现f是因为把char型强制转换成int型输出，0x89最高位1000 1001最高位为1，转换为int类型的时候认为是负数，而且数在计算机中是按补码存储的，所以自然高位补1了。

2、这是一个什么问题

2.1、共用体结构的意义

问题：
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，如何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：

1. //报文内容联合体  
2. typedef union tagPacketContent  
3. {  
4. 　　STRUCTTYPE1 pkt1;  
5. 　　STRUCTTYPE2 pkt2;  
6. 　　STRUCTTYPE3 pkt1;  
7. 　　STRUCTTYPE4 pkt2;  
8. }PacketContent;  
9. //统一的报文数据结构  
10. typedef struct tagPacket  
11. {  
12. 　　BYTE pktType;  
13. 　　PacketContent pktContent;  
14. }Packet;  

   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，我们要使用共用体；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”），我们也可以使用共用体来发挥其长处。把几种不同类型的变量放到同一段内存单元中，这些变量在内存中占用的字节数可能不同，但都从同一个地址开始存放。也就是使用覆盖技术，几个变量互相覆盖。同一个内存段可以用来存放几种不同类型的成员，但在每一瞬间只能存放其中一种，而不能同时存放几种。即，每一瞬间只有一个成员起作用，其他的成员不起作用，不能同时存在和起作用。共用体变量中起作用的成员是最后一次存放的成员，在存入一个新的成员后原有的成员就失去了作用。

2.2、大小端模式对共用体的影响

        当共用体中有不同类型的变量，用一种变量类型给共用体赋值，但用另一种变量类型读取共用体的时候就涉及到大小端的问题。比如在问题1中，给int类型的变量i赋值，但通过char类型的数组来读取时，就要注意字节序的问题，也就是大小端的问题。