C语言陷阱与技巧第33节,联合体union的使用场景是什么?它能解决什么问题?为什么要使用union语法?

C语言中的结构体语法是非常重要,也是非常有用的,相信看了最近几节的读者应该明白。事实上,在实际的C语言项目开发中,为了代码的简洁性,描述问题时很难离开结构体。

“相同信息”的困扰

例如上一节,用于描述视频信息时,可如下定义结构体:

struct video_info{
     char *name;
     long address;
     int size;
     int alg;
     time_t time;
};

这样一来,在C语言代码中只需一个结构体变量就可用于描述视频的名称、地址、时间等信息,而无需定义多个变量,整个代码就显得非常简洁了。更为方便的是,如果今后需要增加对视频的描述,也仅需对 video_info 新增一个成员而已,例如:

struct video_info{
     ...
    int crc32;
};

有视频的地方常常也会有音频,所以我们的C语言程序还需要描述音频信息。音频信息也包括名称、地址、时间等信息,不过它也有与视频不同的参数,例如采样率,通道数。所以使用C语言描述音频信息,可以使用下面这个结构体:

struct audio_info{
     char *name;
     long address;
     int size;
     time_t time;
    int sample_rate;
    int chnnl_cnt;
};

这样一来,C语言程序描述视频和音频就简单了,只要使用 video_info 和 audio_info 结构体就可以了:

// 视频
struct video_info vinfo;
// 音频
struct audio_info ainfo;

不过,细心的读者应该能够注意到 video_info 和 audio_info 仅个别成员不同,所以似乎可以这样:

struct av_info{
    char *name;
     long address;
     int size;
     int alg;
     time_t time;
    int sample_rate;
    int chnnl_cnt;
};

上述C语言代码将视频和音频的描述结构体合二为一,以后需要描述视频和音频时,都使用 av_info 结构体:

// 视频
struct av_info vinfo;
// 音频
struct av_info ainfo;

不过,这样虽然将 video_info 和 audio_info 的重复代码合并了,但是却也导致代码的耦合性增强:用于描述视频的 vinfo 也能访问音频才有的 chnnl_cnt,用于描述音频的 ainfo 也能访问视频的 alg。

当然,程序员可以在写C语言代码时限制 vinfo 访问音频成员,限制 ainfo 访问视频成员,但是这样也会带来内存的浪费:使用 vinfo 时,音频成员占用的内存被浪费,使用 ainfo 时,视频成员占用的内存被浪费。

union 语法大显身手

可能有读者认为,视音频共用合并后的 av_info 结构体浪费的内存很小,可以不做考虑。但是应该明白,C语言程序常用语资源比较紧张的嵌入式设备中,因此合格的C语言程序员应该都是“抠门”的,尽可能的节约资源。

那这种情况下,C语言有没有办法,既能避免重复代码,又能避免耦合,同时还能节约资源呢?自然是有的,C语言中的 union 语法就是为此而设计的:

struct video_info{
     int alg;
     time_t time;
};
struct audio_info{
     int sample_rate;
    int chnnl_cnt;
};
struct av_info{
    char *name;
     long address;
     int size;
    union{
        struct video_info video;
        struct audio_info audio;
    };
};

因为视音频都有名称、地址、大小信息,所以 av_info 中的 name,address,size 成员在描述视频和音频时都会被使用。视音频具有差异的几个成员则使用 union 描述,union 中的 video 和 audio 共用一块内存区域

// 视频、音频
struct av_info av;

此时访问视频的编码算法和时间信息,可以如下实现:

alg = av.video.alg;
time = av.video.time;

访问音频的采样率和通道数,可以如下实现:

sr = av.audio.sample_rate;
cc = av.audio.chnnl_cnt;

从上面这几行C语言代码可以看出,此时视音频的相同成员公用,差异成员则通过 union 区分,这就避免了代码重复,也避免了代码耦合。另外,由于union 中的 video 和 audio 共用一块内存空间,内存浪费的问题也解决了。

小结

本节主要讨论了C语言中 union 语法的使用。容易看出,合理的使用 union 语法,可以解决结构体难以解决的问题。

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