面试题：C语言结构体中位域在复杂硬件驱动中的深度应用

实现思路

结构体设计：使用C语言的位域特性定义一个结构体，来精确映射寄存器的各个位。
更新函数：为每个需要更新的位域编写一个函数，这些函数负责根据输入参数更新结构体中相应的位域值。
线程安全：使用互斥锁（mutex）来保证在多线程环境下对结构体的操作是线程安全的。在进入更新函数时获取锁，操作完成后释放锁。

关键代码

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

// 定义结构体映射寄存器位域
typedef struct {
    unsigned int run_mode : 4;   // 第0 - 3位控制运行模式
    unsigned int priority : 3;   // 第4 - 6位设置优先级
    unsigned int special_func : 1; // 第7位开启或关闭特殊功能
} RegisterStruct;

// 定义互斥锁
pthread_mutex_t mutex;

// 初始化结构体
void initRegister(RegisterStruct *reg) {
    reg->run_mode = 0;
    reg->priority = 0;
    reg->special_func = 0;
}

// 更新运行模式的函数
void updateRunMode(RegisterStruct *reg, unsigned int mode) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    if (mode < 4) {
        reg->run_mode = mode;
    }
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

// 更新优先级的函数
void updatePriority(RegisterStruct *reg, unsigned int pri) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    if (pri < 8) {
        reg->priority = pri;
    }
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

// 更新特殊功能的函数
void updateSpecialFunc(RegisterStruct *reg, unsigned int func) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    if (func < 2) {
        reg->special_func = func;
    }
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

// 打印结构体内容的函数
void printRegister(RegisterStruct *reg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    printf("Run Mode: %u, Priority: %u, Special Func: %u\n", reg->run_mode, reg->priority, reg->special_func);
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

// 模拟线程函数
void* threadFunction(void* arg) {
    RegisterStruct *reg = (RegisterStruct*)arg;
    updateRunMode(reg, 2);
    updatePriority(reg, 5);
    updateSpecialFunc(reg, 1);
    printRegister(reg);
    return NULL;
}

int main() {
    RegisterStruct reg;
    pthread_t threads[2];

    // 初始化互斥锁
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

    // 初始化寄存器结构体
    initRegister(&reg);

    // 创建线程
    for (int i = 0; i < 2; i++) {
        pthread_create(&threads[i], NULL, threadFunction, &reg);
    }

    // 等待线程结束
    for (int i = 0; i < 2; i++) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }

    // 销毁互斥锁
    pthread_mutex_destroy(&mutex);

    return 0;
}

上述代码定义了一个结构体来映射寄存器的位域，并提供了更新和打印结构体内容的函数。通过互斥锁保证了多线程环境下对结构体的安全操作。

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