关于MISRA规则 18.4 不允许使用联合体

只看该作者 · 2008-12-3 10:45

以下是《嵌入式C 标准研究报告》中关于MISRA对联合体的使用约束说明

规则 18.4 不允许使用联合体
这事一个不太近情理的规定，在具体阐述为何MISRA-C:2004如此痛恨联合体之前，首先需要明确与联合体相关的细节:
  1)联合体的末尾有多少个填充单元
  2）联合体的各个成员如何对齐
  3）多字节的数据类型高低字节如何排放顺序
  4）如果包含位字段 (bit-field)，各位如何排放

  针对细节3举个例子
  程序段2.1

typedef union{
    uint32_t word;
    uint8_t bytes[4];
}word_msg_t;

uint32_t read_msg(void)
{
    word_msg_t tmp;
/* tmp.byte[0] 对应于tmp.word的高8位
  tmp.byte[1]对应于tmp.word的次高8位,依此类推 */
    tmp.bytes[0]  = read_byte();
    tmp.bytes[1]  = read_byte();
    tmp.bytes[2]  = read_byte();
    tmp.bytes[3]  = read_byte();
    return (tmp.word);
}

以上代码在各种通信协议中使用的频率很高，接收端接收到的数据一般都以字节为单位存放，主控程序需要根据相应的协议将接受到的多个字节进行组合。为了实现相同的功能,MISRA-C:2004推荐恶劣read_msg()函数的另外一种写法.

程序段2.2

uint32_t read_msg(void)
{
    uint32_t word;
    word = ((uint32_t)read_byte() ) < < 24;
    word = word | (((uint32_t)read_byte()) < < 16);
    word = word | (((uint32_t)read_bytes()) < < 8);
    word = word | ((uint32_t)read_byte());
    return (word);
}
无论从程序的可读性还是从执行效率来讲，程序段2.1都要优于程序段2.2。然而，程序段2.1在Intel 80x86/Pentium体系(little-endian,存储多字节整数的时候低位字节存放在低地址)CPU和在Motorola 68K体系(big-endian)中的执行结果完全不一样。假设read_byte()函数返回的数据依次是0x01,0x02,0x03,0x04,则在Intel体系中，程序段2.1 read_msg返回的值是0x4321,在Motorola体系中，返回的则是0x1234.    无论在Intel体系还是在Motorola体系中,程序段 2.2 中read_msg的返回值都是0x1234

这样的话在处理通信协议的时候真的是很麻烦了，比如我要写一个TCP/IP协议斩，不让用联合，也不让用指针类型转换？？！！有什么更好的方法么？？

只看该作者 · 2008-12-3 10:50

只看该作者 · 2008-12-3 16:44

在两种情况下，我会使用联合体：
union aaa
{
    成员A；
    成员B；
}；
1、联合体内各成员不交互解释的情况，即某联合变量，要么只按成员A访问，要么只按成员B访问，中间没有交叉。例如：
//用于信号量和互斥量共享内存池
union lock_mem_block
{
    struct semaphore sem;
    struct st_mutex  mut;
};
如果某个锁被作为信号量创建，则永远按信号量访问，如果作为互斥量创建，则永远按互斥量访问。

2、数据的内容只按其中一个成员解释，包括隐含的和明示的解释。例如
union file_attrs
{
    uint8_t all;
    struct file_attr_bits bits;
};
其中all成员仅仅用于把所有位清零或者置1，不对位成员的存储位置做任何解释。

2万 · 2008-12-3 17:40

只看该作者 · 2008-12-3 18:34

就象前人说“轻诺者必寡信”，这不是个规律，但你依循它，会有潜在的好处。

MISRA也一样，你也可以不遵守，但遵守了，在某些时候，会显现出它的好处。

关于联合体，个人猜想可能有两个方面，一是在不同的编译器、不同体系CPU之间移植代码的时候，有可能遇到问题；另外，从联合体的使用上，如a.b.c, a.c.d，代码阅读者无法直观地区分是结构还是联合体，在大项目中，同一段代码由不同的开发人员来共同维护的时候，有可能导致潜在的混淆。