[C]공용체(Union)

이번 포스트는 공용체(Union)에 관한 내용입니다.

1️⃣ 공용체(union)

공용체 안에 있는 여러 변수들이 같은 메모리를 공유합니다.
즉, 똑같은 메모리 위치를 다른 변수들이 접근이 가능합니다.

(1) 공용체(union)로 구현한 비트 플래그

공용체(union)의 요소로 비트 플래그 구조체와 동일의 크기의 자료형인 unsigned char자료형으로 선언해 주었습니다. 이 두요소는 같은 메모리 주소를 공유할 것 입니다.
다음과 같이 공용체(union)을 이용하여 비트 플래그를 구현하면 변수 bit_sum을 이용하여 전체 비트를 한번에 비교할 수 있게 됩니다.

< 비트 플래그 구현(공용체) >

typedef union
{
    unsigned char bit_sum;
    typedef struct
    {
        unsigned char b1 : 1;
        unsigned char b2 : 1;
        unsigned char b3 : 1;
        unsigned char b4 : 1;
        unsigned char b5 : 1;
        unsigned char b6 : 1;
        unsigned char b7 : 1;
        unsigned char b8 : 1;
    } bits;
} bitflag_t

int main(void)
{
    bitflag_t flags = { 0, };

    int bool_b1 = (flags.bits.b1 == 1);              // OK
    int compare_two = (flags.bits.b2 == flags.bits.b6); // Ok
    int compare_all_1 = (flags.bit_sum == 0xFF);       // ok
    int compare_all_2 = (flags.bit_sum == 0);         // ok
}

(2) 비트플래그(공용체)이용 예

< 반복문을 이용하여 8가지 조건의 결과를 출력하는 코드(단순화시킨 예) >

int main(void)
{
    bitflags_t flags = { 0, };
    /* 코드 단순화 */
    flags.bits.b1 = 1; // 첫번째 조건 참
    flags.bits.b2 = 1; // 첫번째 조건 참
    flags.bits.b3 = 0; // 첫번째 조건 거짓
    flags.bits.b4 = 1; // 첫번째 조건 참
    flags.bits.b5 = 0; // 첫번째 조건 거짓
    flags.bits.b6 = 1; // 첫번째 조건 참
    flags.bits.b7 = 1; // 첫번째 조건 참
    flags.bits.b8 = 0; // 첫번째 조건 거짓

    int cnt = 1;
    for (int i = 0; i < 8; i++)
    {
        if ((flags.bit_sum & cnt) == cnt)  // 비트연산자 '&'을 이용
            printf("%d번째조건은 참입니다.\n", i + 1);
        else
            printf("%d번째조건은 거짓입니다.\n", i + 1);
        cnt *= 2;
    } 
}

/*---출력---*/
1번째조건은 참입니다.
2번째조건은 참입니다.
3번째조건은 거짓입니다.
4번째조건은 참입니다.
5번째조건은 거짓입니다.
6번째조건은 참입니다.
7번째조건은 참입니다.
8번째조건은 거짓입니다.

2️⃣ 공용체의 사용(단순한 메모리 공유 코드)

메모리를 절약하기 위해 공용체를 이용하여 한 메모리 공간을 공유하는 아주 간단한 예입니다.
하지만 사용하기도 복잡하고 실수하기도 쉬운 사용방법입니다.
‘이런식으로 사용할 수 있다’의 정도로 알아보면 될 것 같습니다.

< 메모리를 공유하는 기본자료형 공용체 선언 >

typedef union
{
    int i_value;
    double d_value;
    char c_value;
} value_t;

< 사용(main함수) >

int main(void)
{
    value_t sample1;
    value_t sample2;
    int i_result;
    double d_result;
    char c_result[3];

    /* Window운영체제에서 double자료형의 크기 */
    printf("size of double in Window is %d\n", sizeof(double));
    /* sample1과 sample2 공용체의 크기 */
    printf("sample1, sample2 size is %d\n", sizeof(sample1));
    sample1.i_value = 13;
    sample2.i_value = 56;
    i_result = sample1.i_value + sample2.i_value;

    sample1.d_value = 3.14;
    sample2.d_value = 12.55;
    d_result = sample1.d_value + sample2.d_value;

    sample1.c_value = 'H';
    sample2.c_value = 'I';
    c_result[0] = sample1.c_value;
    c_result[1] = sample2.c_value;
    c_result[2] = '\0';

    printf("int result : %d\n", i_result);
    printf("double result : %f\n", d_result);
    printf("char result : %s\n", c_result);
}

/*---출력---*/
size of double in Window is 8
sample1, sample2 size is 8
int result : 69
double result : 15.690000
char result : HI

3️⃣ 공용체의 사용(디지털에서의 색상 처리)

(1) RGBA

RGB는 빛의 삼원색으로 R은 빨간색(Red), G은 초록색(Green), B은 파란색(Blue)을 나타냅니다. A는 빛의 명암을 나타냅니다.
디지털에서는 이산적인 값을 쓰게 되며, 정보량(비트)에 따라서 표현할 수 있는 색의 가지수가 달라지게 됩니다.
색상에 사용되는 정보량은 색심도(color depth)라는 용어가 사용됩니다. 색심도의 크기는 과거부터 오늘날까지 기술이 발전함에 따라 점점 증가했으며 오늘날에는 24비트의 크기를 사용하고 있습니다.(16,777,216가지 색을 표현 가능)
24비트를 빨간색(R), 초록색(G), 파란색(B)채널에 각각 8비트(1바이트)를 할당하게 됩니다.

(2) 공용체를 이용한 (24비트)색심도 구현

int(4바이트)의 크기로 공용체를 만들어서 24비트(3바이트)의 색심도와 8비트(바이트)크기의 명암(A)를 표현할 수 있도록 선언하였습니다.

< 36비트(명암8비트포함)색심도 구현 코드 >

typedef union
{
    unsigned int val;

    struct
    {
        unsigned char r;
        unsigned char g;
        unsigned char b;
        unsigned char a;
    } rgba;  
} color_t;

< 노란색을 출력하는 main함수 >

노란색빛을 표현하기 위해 빨간색(R)과 초록색(G)의 채널을 최대(255 == 0xff)로 B은 파란색(Blue)채널을 최소(0 == 0x00)으로 설정했습니다.

int main(void)
{
  color_t yellow;

  yellow.rgba.r = 255;  // 0xff
  yellow.rgba.g = 255;  // 0xff
  yellow.rgba.b = 0;   // 0x00
  yellow.rgba.a = 255; // 0xff
  printf("yellow: 0x%08x(%3d, %3d, %3d, %3d)\n", 
  yellow.val, yellow.rgba.r, yellow.rgba.g, yellow.rgba.b, yellow.rgba.a);
}

/*---출력---*/
yellow: 0xffff00ff(255, 255, 0, 255)