C语言内存函数超详细讲解

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C语言内存函数超详细讲解

收录于专栏【C语言学习】
本专栏旨在分享学习C语言学习的一点学习笔记，欢迎大家在评论区交流讨论💌

目录

1. memcpy使⽤和模拟实现

2. memmove使⽤和模拟实现

3. memset函数的使⽤

4. memcmp函数的使⽤ 

---

1. memcpy使⽤和模拟实现

void * memcpy ( void * destination, const void * source, size_t num );

 参考:memcpy - C++ Reference (cplusplus.com)

• 函数memcpy从source的位置开始向后复制num个字节的数据到destination指向的内存位置。

• 这个函数在遇到 '\0' 的时候并不会停下来。

• 如果source和destination有任何的重叠，复制的结果都是未定义的。

对于重叠的内存，交给memmove来处理。 

示例:

int main()
{
	int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int arr2[10] = { 0 };
	memcpy(arr2, arr1, 20);
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", arr2[i]);
	}
	return 0;
 
}

 输出结果:

注意:

函数memcpy从source的位置开始向后复制num个字节的数据到destination指向的内存位置。单位是字节,所以20个字节就是5个整形

memcpy函数的模拟实现:

void* my_memcpy(void* dest, void* src, size_t num)
{
	void* ret = dest;
	int i = 0;
	assert(dest && src);
	while (num--)
	{
		*(char*)dest = *(char*)src;
		((char*)src)++;
		((char*)dest)++;
	}
	return ret;
}

 因为memcpy拷贝的数据类型是不一样的,这里我们使用void*去接收,使用char*去强转类型完成一个一个字节的拷贝

这是一个简单的 my_memcpy 函数，它的功能是将源内存块 src 的内容复制到目标内存块 dest。这个函数接受三个参数：目标内存块的指针 dest，源内存块的指针 src，以及要复制的字节数 num。

函数的主要步骤如下：

1. 函数首先保存目标内存块的初始地址 dest 到 ret，以便在复制完成后返回。

2. 使用 assert 函数检查 dest 和 src 是否为 NULL。如果任一指针为 NULL，则 assert 会终止程序。

3. 然后，函数进入一个循环，该循环将持续 num 次。在每次迭代中，它都会做以下操作：

   • 使用 *(char*)dest = *(char*)src; 将 src 指向的当前字节复制到 dest 指向的当前字节。

   • 使用 ((char*)src)++; 和 ((char*)dest)++; 将 src 和 dest 的地址分别增加 1，以便在下一次迭代中复制下一个字节。

4. 最后，函数返回 ret，即目标内存块的初始地址。

这个函数的实现假设 src 和 dest 指向的内存区域不会重叠。如果它们重叠，那么这个函数可能会导致未定义的行为。在这种情况下，应该使用 memmove 函数，而不是 memcpy。此外，这个函数也没有处理可能的内存对齐问题。在某些硬件和操作系统上，如果 src 和 dest 的地址不是某个特定值（如 4 或 8）的倍数，那么直接复制它们可能会导致性能下降或者错误。在这种情况下，应该使用更复杂的算法来处理对齐问题。但是，对于简单的用途，这个 my_memcpy 函数应该是足够的。

测试代码:

int main()
{
	//strcpy - 字符串的拷贝
	int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	//             0 1 2 3 4
	int arr2[20] = { 0 };
	              //0 1 2 3 4
	//memcpy - 针对内存块进行拷贝
	my_memcpy(arr2, arr1, 20);
 
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 20; i++)
	{
		printf("%d ", arr2[i]);
	}
 
	return 0;
}

 这里我们注意一下,strcpy是对字符串的拷贝,而我们的memcpy是对内存块的拷贝 

测试输出:

 

2. memmove使⽤和模拟实现

void * memmove ( void * destination, const void * source, size_t num );

 参考:memmove - C++ 参考 (cplusplus.com)

•和memcpy的差别就是memmove函数处理的源内存块和⽬标内存块是可以重叠的。

• 如果源空间和⽬标空间出现重叠，就得使⽤memmove函数处理。

 示例:

#include 
#include 
int main()
{
    int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
    memmove(arr1 + 2, arr1, 20);
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%d ", arr1[i]);
    }
    return 0;
}

输出结果:

 

memmove的模拟实现：

//memmove函数拷贝完成后，会返回目标空间的起始地址
 
void* my_memmove(void* dest, const void* src, size_t num)
{
	assert(dest && src);
	void* ret = dest;
	if (dest < src)
	{
		//前->后
		while (num--)
		{
			*(char*)dest = *(char*)src;
			dest = (char*)dest + 1;
			src = (char*)src + 1;
		}
	}
	else
	{
		//后->前
		while (num--)
		{
			*((char*)dest+num) = *((char*)src + num);
		}
	}
	return ret;
}

注意:这里分为前后两种情况

分析:

这段代码是 my_memmove 函数的实现，它用于在内存中移动数据块，并且可以正确处理源和目标内存区域重叠的情况。函数接收三个参数：目标内存地址 dest，源内存地址 src，以及要移动的字节数 num。

函数的工作原理如下：

1. 参数检查：使用 assert 确保 dest 和 src 都不是空指针。
2. 保存返回地址：将 dest 的初始地址保存到 ret，以便函数结束时返回。
3. 前向拷贝：如果 dest 地址小于 src 地址，说明没有重叠或者 dest 在 src 的前面，可以从前向后拷贝。
   • 在循环中，逐字节拷贝 src 到 dest，然后将两者的地址都向后移动一位。
4. 后向拷贝：如果 dest 地址大于或等于 src 地址，说明 dest 在 src 的后面，可能会有重叠，需要从后向前拷贝。
   • 在循环中，从最后一个字节开始拷贝，直到拷贝完所有字节。

这样，即使 src 和 dest 有重叠，数据也不会被错误地覆盖。函数最后返回 ret，即目标内存块的起始地址。这个函数是 memcpy 的一个安全替代品，特别是在处理可能重叠的内存区域时。

举例:

例如，假设我们有一个数组 123456789，并且我们想要将从 3 开始的部分复制到从 1 开始的位置。如果我们从前向后拷贝，那么在拷贝 3 到 1 的位置后，原来 3 的位置就变成了 1，这样当我们想要拷贝 5 到 3 的位置时，就会出现问题，因为此时 3 的位置已经被改变了。

为了解决这个问题，memmove 会检查 dest 和 src 的关系。如果 dest 在 src 的后面，那么 memmove 就会选择从后向前拷贝。这样，即使 dest 和 src 有重叠，也不会出现数据被提前覆盖的问题。在上述例子中，memmove 会先拷贝最后一个元素 9，然后是 8，7，依此类推，直到拷贝到 3。这样，即使 dest 和 src 有重叠，也能保证数据的正确拷贝。

所以，memmove 函数在处理可能有重叠的内存区域时，比 memcpy 函数更安全。但是，如果确定 dest 和 src 不会重叠，那么 memcpy 的效率通常会更高。因为 memcpy 不需要检查 dest 和 src 的关系，也不需要决定是从前向后拷贝还是从后向前拷贝，所以它的实现可以更简单，运行速度也可以更快。但是，如果不能确定 dest 和 src 是否重叠，那么最好使用 memmove。这就是为什么标准库提供了两个不同的函数来处理内存拷贝的原因。

测试数据:

int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
 
	my_memmove(arr, arr+2, 5 * sizeof(int));
 
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
 
	return 0;
}

 输出数据:

3. memset函数的使⽤

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

 参考: memset - C++ Reference (cplusplus.com)

memset是⽤来设置内存的，将内存中的值以字节为单位设置成想要的内容。

示例:

#include 
#include 
int main()
{
	char str[] = "hello world";
	memset(str, 'x', 6);
	printf(str);
	return 0;
}

 调试分析:

4. memcmp函数的使⽤ 

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

• ⽐较从ptr1和ptr2指针指向的位置开始，向后的num个字节

• 返回值如下：

示例:

#include 
#include 
 
int main()
{
	char buffer1[] = "DWgaOtP12df0";
	char buffer2[] = "DWGAOTP12DF0";
	int n;
	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;
}

 输出结果: