面试题：C语言联合体在简单状态机框架搭建中的应用

1. 联合体设计思路

联合体（Union）可以让不同的数据类型共享同一块内存空间。在状态机框架中，我们可以利用这一特性，将与不同状态相关的数据放在同一个联合体中，从而简化数据存储。

2. 关键代码片段

#include <stdio.h>

// 定义状态枚举类型
typedef enum {
    STATE_OFF,
    STATE_ON
} DeviceState;

// 定义联合体，包含与不同状态相关的数据
union DeviceData {
    // 设备关闭时，可以存储一些关闭相关的信息，这里简单示例为一个标志
    struct {
        int isShutdownGracefully;
    } off;
    // 设备开启时，可以存储一些开启相关的信息，这里简单示例为运行时间
    struct {
        int runningTime;
    } on;
};

// 定义状态机结构体
typedef struct {
    DeviceState state;
    union DeviceData data;
} DeviceStateMachine;

// 初始化设备状态机
void initDevice(DeviceStateMachine *machine) {
    machine->state = STATE_OFF;
    machine->data.off.isShutdownGracefully = 1;
}

// 开启设备
void turnOnDevice(DeviceStateMachine *machine) {
    if (machine->state == STATE_OFF) {
        machine->state = STATE_ON;
        machine->data.on.runningTime = 0;
    }
}

// 关闭设备
void turnOffDevice(DeviceStateMachine *machine) {
    if (machine->state == STATE_ON) {
        machine->state = STATE_OFF;
        machine->data.off.isShutdownGracefully = 1;
    }
}

// 打印设备状态信息
void printDeviceStatus(DeviceStateMachine *machine) {
    if (machine->state == STATE_OFF) {
        printf("Device is off. Shutdown gracefully: %d\n", machine->data.off.isShutdownGracefully);
    } else {
        printf("Device is on. Running time: %d\n", machine->data.on.runningTime);
    }
}

3. 联合体简化逻辑阐述

数据存储简化：联合体使得与不同状态相关的数据可以复用内存空间。例如，设备关闭时，union DeviceData 中 off 结构体的空间被使用；设备开启时，on 结构体的空间被使用。这样避免了为不同状态分别分配独立的数据结构，节省了内存。
状态切换逻辑简化：在状态切换函数（如 turnOnDevice 和 turnOffDevice）中，通过直接修改联合体中对应状态的数据成员，简化了状态切换时的数据处理逻辑。而且，由于联合体共享内存，不需要额外的逻辑来处理不同状态数据结构之间的转换，使代码更加简洁直观。

你可以通过以下方式调用上述代码：

int main() {
    DeviceStateMachine machine;
    initDevice(&machine);
    printDeviceStatus(&machine);

    turnOnDevice(&machine);
    printDeviceStatus(&machine);

    turnOffDevice(&machine);
    printDeviceStatus(&machine);

    return 0;
}

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面试题：C语言联合体在简单状态机框架搭建中的应用

知识考点

面试题答案

1. 联合体设计思路

2. 关键代码片段

3. 联合体简化逻辑阐述