C语言内存函数和数据在内存的存储
一、内存操作函数深度解析
函数名 | 原型 | 核心特性 | 典型应用场景 | 注意事项 |
---|---|---|---|---|
memcpy | void* memcpy(void* dest, const void* src, size_t num) | 内存块无重叠复制,性能高 | 数组拷贝、结构体复制 | 1. 必须确保目标空间足够 2. 不支持重叠内存(用 memmove 替代)3. 按字节操作,无类型检查 |
memmove | void* memmove(void* dest, const void* src, size_t num) | 支持重叠内存复制,自动调整复制方向 | 缓冲区自我覆盖操作(如字符串移位) | 性能略低于memcpy (需判断内存关系) |
memset | void* memset(void* ptr, int value, size_t num) | 按字节填充内存 | 初始化内存块(清零、设置标记位) | 1. value 取值范围为0x00 ~0xFF 2. 不可用于初始化非字节类型数组(如 int[] 需循环赋值) |
memcmp | int memcmp(const void* ptr1, const void* ptr2, size_t num) | 按字节精确比较内存内容 | 二进制数据校验、结构体比对 | 与strcmp 不同,不会因\0 终止比较 |
代码示例:memcpy
与memmove
对比
#include <stdio.h>
#include <string.h>int main() {char str[] = "ABCDEFGH";// 使用memcpy(未定义行为,源和目标重叠)memcpy(str + 2, str, 5); printf("memcpy结果: %s\n", str); // 输出可能异常(如ABABABA)// 使用memmove(安全复制)strcpy(str, "ABCDEFGH"); // 重置字符串memmove(str + 2, str, 5); printf("memmove结果: %s\n", str); // 正确输出ABABCDEreturn 0;
}
二、数据存储底层机制
1. 整数存储模型
编码方式
码制 | 正整数表示 | 负整数表示(以-5为例) | 特点 |
---|---|---|---|
原码 | 直接二进制 | 1 +绝对值二进制(1 0000101 ) | 直观但加减运算复杂 |
反码 | 同原码 | 符号位不变,其他位取反(1 1111010 ) | 解决减法问题,但存在+0 和-0 |
补码 | 同原码 | 反码+1(1 1111011 ) | 统一加减法,消除-0 ,现代计算机统一采用 |
大小端字节序
-
大端模式 (Big-Endian):数据高位字节存于低地址
示例:0x12345678
存储顺序为12 34 56 78
(网络传输、Java虚拟机) -
小端模式 (Little-Endian):数据低位字节存于低地址
示例:0x12345678
存储顺序为78 56 34 12
(x86/ARM架构)
检测代码:
#include <stdio.h>int check_endian() {int num = 0x1;return *(char*)&num == 1; // 返回1为小端,0为大端
}
2. 字符型存储
类型 | 存储范围 | 二进制特征 | 类型转换规则 |
---|---|---|---|
char | -128 ~ 127 | 最高位为符号位 | 直接按ASCII码转换('A' →65 ) |
unsigned char | 0 ~ 255 | 无符号位,全数据位 | 可用于存储原始字节数据(如图像像素) |
陷阱案例:
char c = 200; // 溢出!实际值为-56(补码)
unsigned char uc = 200; // 正确存储
printf("%d vs %d", c, uc); // 输出-56 vs 200
三、综合应用与调试技巧
-
内存操作安全
- 使用
memcpy
前需验证目标空间大小:
#define SAFE_COPY(dest, src, n) do { \assert((dest) != NULL && (src) != NULL); \assert((n) <= sizeof(*(dest))); \memcpy((dest), (src), (n)); \
} while(0)
-
优先选择
memmove
处理不确定内存关系的场景。
2.类型转换与指针操作
-
正确访问多字节数据:
int num = 0x12345678; unsigned char* p = (unsigned char*)# // 输出字节内容(依赖字节序) for(int i=0; i<4; i++) printf("%02X ", p[i]);
3.调试内存问题
-
使用工具检测越界访问:
-
Valgrind:检测内存泄漏、越界访问。
-
AddressSanitizer(GCC/Clang):编译时加入
-fsanitize=address
。
-
-
四、总结:内存操作的核心原则
-
明确数据边界:始终确保操作的内存区域在合法范围内。
-
理解底层存储:掌握补码与字节序机制,避免跨平台数据传输错误。
-
选择合适工具:根据场景选用
memcpy
/memmove
,区分memset
与循环初始化的适用场景。
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