联合体(共用体) 和 位域 的使用详细解析

联合体(共用体) 和 位域 的使用详细解析
联合体(共用体示例)：

该联合体使用了位域

typedef union
{
uint16_t status;
struct {
uint16_t tick_flag:1,
sta:2,
unused:13;
};
} holding_reg_dev_status_t;
该联合体包含一个16位的无符号整数status和一个结构体struct，结构体中又包含了三个成员变量：tick_flag、sta和unused。

其中tick_flag为1位，sta为2位，unused为13位。通过使用位域（bit-field），可以将结构体中的各个成员变量存储在不同的位上，节省内存空间。在本例中，tick_flag占用了status中的最低一位（即第0位），sta占用了status中的第1至2位，unused占用了status中的第3至15位。

通过联合体，可以让status和struct共享同一段内存地址，从而实现对同一数据的不同解释。由于status和struct共享同一段内存，因此修改一个变量的值会影响到另一个变量的值。在本例中，可以通过修改status来同时改变struct中各个成员变量的值，也可以通过修改struct中的成员变量来改变status的值。

示例代码如下：

#define TICK_FLAG_MASK 0x0001
#define STA_MASK 0x0006

holding_reg_dev_status_t holding_reg_dev_status;

void setup()
{
// 初始化状态变量
holding_reg_dev_status.status = 0;
holding_reg_dev_status.tick_flag = 1;
holding_reg_dev_status.sta = 2;
}

void loop()
{
// 读取并修改状态变量的值
uint16_t status = holding_reg_dev_status.status;
status &= ~TICK_FLAG_MASK; // 清除tick_flag位
status |= STA_MASK; // 设置sta位
holding_reg_dev_status.status = status;
}
在上述示例中，首先通过holding_reg_dev_status.status = 0来初始化状态变量holding_reg_dev_status。然后，在loop()函数中，使用按位与（&）和按位或（|）操作符来读取并修改状态变量的值。通过将TICK_FLAG_MASK取反（即~TICK_FLAG_MASK），再与状态变量进行按位与操作，可以清除tick_flag位。通过将STA_MASK与状态变量进行按位或操作，可以设置sta位。最后，将修改后的status值赋给holding_reg_dev_status.status，从而更新联合体中的各个成员变量的值。

详细解析该联合体：

typedef union
{
uint16_t status;
struct {
uint16_t tick_flag:1,
sta:2,
unused:13;
};
} holding_reg_dev_status_t;
这段代码定义了一个联合体 holding_reg_dev_status_t，它包含了一个16位无符号整数 status 和一个结构体。

首先，我们来看结构体部分的定义：

struct
{
uint16_t tick_flag:1,
sta:2,
unused:13;
};
该结构体中定义了三个成员变量：tick_flag、sta 和 unused。这些成员变量使用了位域（bit-field）的方式进行定义。

tick_flag 占据了 1 位。
sta 占据了 2 位。
unused 占据了 13 位。
接下来，我们来看联合体的定义：

typedef union
{
uint16_t status;
struct{
uint16_t tick_flag:1,
sta:2,
unused:13;
};
} holding_reg_dev_status_t;
该联合体包含了一个16位无符号整数 status 和一个匿名结构体。通过联合体的特性，结构体和 status 共享同一段内存空间。

这意味着当我们访问 holding_reg_dev_status_t 类型的变量时，可以选择使用 status 这个整数值，也可以使用结构体中的位域成员变量来访问同一段内存。

例如，假设有一个 holding_reg_dev_status_t 类型的变量 dev_status，我们可以通过以下两种方式访问数据：

使用 status 整数值：

dev_status.status = 0xABCD; // 将整数值赋给 status

uint16_t value = dev_status.status; // 从 status 中读取整数值

2. 使用结构体中的位域成员变量：

dev_status.tick_flag = 1; // 设置 tick_flag
dev_status.sta = 2; // 设置 sta
uint16_t value = dev_status.unused; // 读取 unused 的值

需要注意的是，由于联合体中的结构体使用了位域的方式进行定义，不同编译器可能对位域的实现方式有所不同。因此，在使用位域时需要注意编译器的兼容性和预期的位域布局。

问：struct {

uint16_t tick_flag:1,

sta:2,

unused:13;

};

这里面的一位是几个字节 ？？？

在这个结构体中，位域的大小是以位（bit）为单位来定义的。一个字节（byte）由8位组成。

根据结构体中的位域定义：

tick_flag 占据了1位。
sta 占据了2位。
unused 占据了13位。
由于总共占据16位（2个字节），可以将这个结构体看作是一个占据2个字节的位字段（bit-field）。

需要注意的是，位域的位数并不一定要与字节对齐。编译器会按照自己的规则进行位域的布局和对齐，以满足平台的要求。因此，在使用位域时，要注意编译器的实现规则和预期的位域布局。

问：那这样的位怎么赋值呢，赋值的范围怎么判断呢？？？

对于位域（bit-field）的赋值，我们可以使用点号操作符来访问结构体中的位域成员。例如，在上面的结构体定义中，我们可以使用以下方式对位域进行赋值：

holding_reg_dev_status_t dev_status;
dev_status.tick_flag = 1; // 将 tick_flag 的值设置为 1
dev_status.sta = 2; // 将 sta 的值设置为 2
dev_status.unused = 0x7FFF; // 将 unused 的值设置为 0x7FFF
在进行位域赋值时，需要注意位域的位数和取值范围。例如，在上面的结构体定义中，tick_flag 只占据了一个比特，因此只能取值 0 或 1。同理，sta 占据了两个比特，可以取值 0、1、2 或 3。unused 则占据了 13 个比特，可以取值范围为 0x0000 到 0x7FFF。

需要注意的是，位域的位数不一定要与字节对齐，而是根据编译器的实现规则进行布局。因此，在使用位域时，要注意编译器的实现规则和预期的位域布局。同时，由于位域的实现有一定的灵活性，可能会存在跨平台或跨编译器的兼容性问题，需要谨慎使用。

问：为什么 sta 占据了两个比特，只可以取值 0、1、2 或 3。不能取值其他吗？？？

对于 sta 这个位域，占据了2个比特（bits），因此可以表示的不同取值是有限的。在这个结构体中，sta 的取值范围被限制在 0、1、2 和 3 这四个值。

这是因为使用2个比特可以表示的不同取值有 2^2 = 4 种可能性，即 0、1、2 和 3。位域的取值范围由位域的位数确定，不能超出这个范围。

在这个例子中，我们可以将不同的 sta 值与相应的含义关联起来，例如：

sta = 0 可以表示某种状态 A。
sta = 1 可以表示某种状态 B。
sta = 2 可以表示某种状态 C。
sta = 3 可以表示某种状态 D。
这样设计的目的是在有限的位数内表示多个状态，以节省存储空间。然而，如果需要表示更多的状态，就需要增加位域的位数或者其他的数据结构来进行扩展。

需要注意的是，在使用位域时，位域的位数和取值范围需要根据具体的需求进行设计，并且要确保符合预期的取值范围。
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