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C语言内存操作函数使用示例梳理讲解

这篇文章主要介绍了C语言库函数中的内存操作函数memcpy()、memmove()、memset()、memcmp()使用示例分析,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧!

一、memcpy()

函数原型

void * memcpy ( void * dest, const void * src, size_t num );

参数说明

函数 memcpy 从 src 位置开始向后复制 num 个字节的数据到 dest 的内存位置。void * dest 代表目标的内存地址,const void * src 代表源内存地址。其中二者的数据类型均为 void * 。void * 可以存储任何类型地址的值。因此,该函数拷贝的内存数据可以是任意类型(如果int、float、double等均可)。size_t 即unsigned int类型。注意:num代表的是要拷贝的字节数,而非元素个数!如要从src拷贝一个int类型的数据到dest,则num应传入4,而非1.该函数的返回值类型也为 void * ,也即只返回目标地址的数值。后续如何按照基类型取出数据、使用数据,可以由调用方在调用函数后实现。

模拟算法

void* my_memcpy(void* dest, const void* src, size_t num) {
void *ret = dest;//保存dest,用于最终输出
assert(dest);
assert(src);
	while (num--) {
		*(char*)dest = *(char*)src1;//(char*): 取出每一个字节(8 bit)的值,以单个字节为单位进行赋值
		dest = (char*)dest + 1;
		src = (char*)src + 1;
	}//void * 类型是不能直接运算的,因为没有步长。(char*)将dest与src转换为以char为步长,再向后移动
	return ret;
}

该函数用于实现没有重叠部分内存的内存数据拷贝。如果source和destination有任何的重叠,复制的结果都是未定义的。拷贝内存值按从低地址到高地址的顺序进行,多用于数组。

C语言内存操作函数使用示例梳理讲解插图

根据memcpy()的模拟算法,如果src与dest的内存空间有重叠部分,则可能导致src中的内容被覆盖,无法输出正确的值。

C语言内存操作函数使用示例梳理讲解插图1

src中元素3的位置恰好也是dest中首元素的位置。dest的首元素被更改的同时,src中的元素也被更改。因此,memcpy()是不可用于“自己拷贝到自己后面”这样的操作的。这一问题留给了memmove()来解决。

使用示例

1.简单

int main()
{
	int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int arr2[10] = { 0 };
	memcpy(arr2, arr1, 20);//拷贝20个字节,即5个int元素
	float arr3[] = { 1.0f,2.0f,3.0f,4.0f };
	float arr4[5] = { 0.0 };
	memcpy(arr3, arr4, 8);//拷贝8个字节,即2个float元素
	return 0;
}

2.进阶

//示例来自cplusplus官网
/* memcpy example */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct {
  char name[40];
  int age;
} person, person_copy;
int main ()
{
  char myname[] = "Pierre de Fermat";//定义一个字符串
  /* 用 memcpy 拷贝字符串 */
  //每个char类型占一个字节,因此要拷贝的字节数即strlen()+1,加一是因为要把'\0'也拷贝过去。
  memcpy ( person.name, myname, strlen(myname)+1 );
  person.age = 46;
  /* 用 memcpy 拷贝结构体 */
  //sizeof操作符,可以直接得到结构体变量在内存中所占的字节数。
  memcpy ( &person_copy, &person, sizeof(person) );
  //直接完成了结构体之间的数据拷贝:从person拷贝到person_cpy,不用手动转义,非常方便
  printf ("person_copy: %s, %d \n", person_copy.name, person_copy.age );
  return 0;
}

二、memmove()

函数原型

void * memmove ( void * dest, const void * src, size_t num );

参数说明

该函数的参数与返回值类型与memcpy()函数相同。该函数同样用作 从 src 位置开始向后复制 num 个字节数据到 dest 的内存位置。memmove()函数与memcpy()函数主要的区别在于memmove()可以进行有内存重叠的数据拷贝,而memcpy()绝对不能。memmove()的功能比memcpy()更加完善。可以理解为:如果memcpy()函数够到了60分,那么memmove()函数却能到达90分。

模拟算法

#include<stdio.h>
#include<string.h>
//模拟实现memmove()
void* my_memmove(void* dest, const void* src, size_t num) 
{
	void* ret = dest;	//保存结果用于输出
	//从前向后拷贝,也可以写成if(dest <= src || (char*)dest >= (char*)src + num)
	if (dest <= src)
	{
		while (num--) {
			*(char*)dest = *(char*)src;//拷贝
			dest = (char*)dest + 1;   
			src = (char*)src + 1; //指针从前向后移动(从低地址向高地址移动)
		}
	}
	else//从前向后拷贝
	{
		dest = (char*)dest + num - 1;
		src = (char*)src + num - 1;//初始化两指针至各自范围的最后
		while (num--) {
			*(char*)dest = *(char*)src;//拷贝
			dest = (char*)dest - 1;
			src = (char*)src - 1;//指针从后向前移动
		}
	}
	return ret;//返回值为dest
}
//测试代码///
int main() {
	int arr1[] = { 2,3,4,5,6 };
	my_memmove(arr1+2, arr1, 8);
	//预计 2 3 2 3 6
	for (int i = 0; i < 5; i++) {
		printf("%d ", arr1[i]);
	}
	printf("\n-------------------\n");
	int arr2[] = { 2,3,4,5,6 };
	memmove(arr2 + 2, arr2, 8);
	for (int i = 0; i < 5; i++) {
		printf("%d ", arr2[i]);
	}
	return 0;
}

拷贝顺序的结论如图所示。上面提到,当有内存重叠时,拷贝的顺序是有讲究的。若不遵守下图的结论, 仍将导致src中原来的值被覆盖,无法输出正确的结果。

C语言内存操作函数使用示例梳理讲解插图2

***错误的模拟算法

如下代码是错误的:

//错误的代码
void* my_memmove(void* dest, const void* src, size_t num)
{
void * ret = dest;
while (num--) {
	//从前向后拷贝
	if (dest <= src)
	{
		*(char*)dest = *(char*)src;
		dest = (char*)dest + 1;
		src = (char*)src + 1;
	}
	else
	{
		dest = (char*)dest + num - 1;//错误
		src = (char*)src + num - 1;//错误
		*(char*)dest = *(char*)src;
		dest = (char*)dest - 1;
		src = (char*)src - 1;
	}
return ret;
}

有一些同学可能认为,while(num--)语句与if语句的顺序可以调换。正确的代码是先进行情况判断,再进入while(num--)进行赋值与移动。将二者顺序调换,乍一看没有什么问题,是先设定一共要移动num次,再进入判断进行具体的操作。但是这样书写是有问题的,因为在dest > src && dest < src+num时,需要从后向前拷贝,这意味着dest和src的起始位置要发生变化。

上述代码中标记“错误”的语句便是dest和src初始化的语句。如果直接将while和if的位置调换,则每一次进入循环,都要初始化一遍dest和src。如此,dest与src的功能就被打乱了。

使用示例

//示例来自cplusplus官网
/* memmove example */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main ()
{
  char str[] = "memmove can be very useful......";
  memmove (str+20,str+15,11);//表示将包括str+15向后11个字节的内容移动到str+20位置
  puts (str);
  return 0; 
}

输出:

C语言内存操作函数使用示例梳理讲解插图3

如下图,将 src = str+11 位置开始,包括该位置共向后拷贝11字节。每个char占一个字节,因此拷贝了"very useful"这7个char字母至dest = str+20的位置。

C语言内存操作函数使用示例梳理讲解插图4

三、memset()

函数原型

void * memset ( void * ptr, int value, size_t num );

参数说明

第一个参数 ptr 为指针类型,表示要进行操作的内存的地址。如要对数组arr进行内存内容设置,则该参数的值为arr。第二个参数 value 为要设定的内存的值。该值的数据类型是int型,但char值也是可以的。第三个参数 num 为要设置值的内存的字节数。注意:是字节数,而不是元素的个数。如要改变两个int类型的值,num应为 8 ,而不是2.

使用说明

例如,有数组arr:[ 1 2 3 4 5 ]

要将其前两个元素值设定为0,则可使用memset函数:memset(arr, 0 , 8)

输出:[ 0 0 3 4 5 ].原理如下(以小端存储的形式展现):

arr数组为int类型,一个int为4字节、32bit,内存中的存储如下(二进制):

01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

02 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

03 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

04 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

05 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

memset(arr, 0, 8),将前8个字节(2个int)置为0(其实每个比特位都被置为0了,但由于其它的比特位已经为0,故没有标出来)

C语言内存操作函数使用示例梳理讲解插图5

但若使用 memset(arr, 1, 8),并不是把数组前两个元素置为 1 .因为memset()函数是针对内存中每个字节的,memset(arr, 1, 8)的实际作用是将前8个字节中的内容全部置为1.

00 00 00 01 00 00 00 01 00 00 00 01 00 00 00 01

00 00 00 01 00 00 00 01 00 00 00 01 00 00 00 01

03 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

04 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

05 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

此时,前4字节按照int类型解析出来,结果为1000000010000000100000001,即16843009。

C语言内存操作函数使用示例梳理讲解插图6

C语言内存操作函数使用示例梳理讲解插图7

总结:

int类型数组除了置0外,用memset置换成任何数都是错的。memset只适用于每个元素只占1个字节的数组,比如char型数组。因为memset的操作单位就是每个字节。只有char类型的数组不会出现错误。

使用示例

//示例来自cplusplus官网
/* memset example */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main ()
{
  char str[] = "almost every programmer should know memset!";
  memset (str,'-',6);//表示将从str开始,包括str向后6个字节的内存内容置为'-'
  puts (str);
  return 0;
}

//输出:------ every programmer should know memset!

四、memcmp()

函数原型

int memcmp ( const void * ptr1, const void * ptr2, size_t num );

参数说明

比较ptr1和ptr2指针开始的num个字节。ptr1和ptr2分别是两个代表要比较的内存空间(一般是数组)的指针。num是要比较的字节数。(注意:不是元素个数)。

使用说明

返回值为整型,若返回值>0,则ptr1的内存长度大于ptr2;若返回值==0,则二者相等;若返回值<0,则ptr1的内存长度小于ptr2

使用示例

//示例来自cplusplus官网
/* memcmp example */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main ()
{
  //创建两个要用作比较的数组
  char buffer1[] = "DWgaOtP12df0";
  char buffer2[] = "DWGAOTP12DF0";
  //接受比较的结果
  int n;
  //要比较的字节数为buffer1的长度
  //两字符串的比较可以用strcmp(buffer1,buffer2)函数实现,原理大致相同。
  n = memcmp ( buffer1, buffer2, sizeof(buffer1) );
  if (n>0) printf ("'%s' is greater than '%s'.\n",buffer1,buffer2);
  else if (n<0) printf ("'%s' is less than '%s'.\n",buffer1,buffer2);
  else printf ("'%s' is the same as '%s'.\n",buffer1,buffer2);
  return 0;
}
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