C理解(一):内存与位操作

本文主要探讨C语言的内存和为操作操作相关知识。

冯诺依曼结构和哈佛结构
        冯诺依曼结构：数据和代码放在一起,便于读取和修改,安全性低
        哈佛结构是：数据和代码分开存放,安全性高,读取和修麻烦

内存
        内存是用来存储全局变量、局部变量等变量
        操作系统把内存分成4kb页面以为单位来管理

        页面内以字节为单位通过管理接口(API)管理内存

内存属性
        内存属性:地址和空间
        空间：内存单元大小
        地址：内存条上的实际位置(物理地址)和逻辑地址（地址编号）一一对应
        内存单元类似方格，方格的位置为物理地址，方格的编号为逻辑地址，方格的空间为内存单元空间大小

内存和数据类型
        int类型与CPU数据位宽相同,32位的CPU的位宽是32位,int类型为32位，占4字节
        数据类型表示内存单元长度和解析方式
        int读取过程中,从起始处读取4个字节单元，再int的方式解析读取的内容

内存对齐
        内存对其访问效率高
        int类型变量对齐与非对齐
            对齐：    0 1 2 3    
            非对齐： 1 2 3 4    

变量访问内存
        int a;编译器申请int类型内存内存单元，把a和内存单元绑定
        a = 5;内存单元空间中写入5
        a += 4; 编译器先读a值再加4，最后重写写入到内存单元。

指针间接访问内存
        int a;int *p;
        a和p代表内存地址,内存地址长度和解析方法不同
        a为int型，长度是4字节，解析方式是int
        p是int *类型，长度是4字节，解析方法是int *

数组访问内存
        int b[10];
        编译器分配40个字节长度给b，首元素地址和b绑定
        每个元素类型都是int，长度是4字节
        第一个字节地址为首地址，首元素a[0]地址为首地址

栈(stack)
        自动分配和回收内存
        内存空间可反复使用
        内存使用完不会清理，使用前需初始化
        操作系统固定了栈大小，变量定义防止栈溢出
        栈变量指针空间是临时的，同一变量每次初始化使用的是不同的内存地址空间
  
堆（heap）
        堆管理内存分配灵活，按需分配
        内存按需申请使用，使用完释放
        内存空间可反复使用
        内存使用完不会清理，使用前需初始化

内存申请
                void *malloc(size_t size);
                void *calloc(size_t nmemb, size_t size);  // nmemb个单元，每个单元size字节
                void *realloc(void *ptr, size_t size);    // 改变原来申请的空间的大小的
                malloc用来申请内存,返回void *类型指针,malloc返回申请内存空间首地址，失败返回NULL
                malloc只分配内存空间，空间存储的数据类型不做定义

段

        代码段：程序中可执行部分
        数据段（数据区、静态数据区、静态区）：初始化为非零的全局变量,静态局部变量
        bss段（ZI段）：初始化为0或未初始化的全局变量

特殊数据
        char *p = "linux";字符串分配在代码段,是常量不是变量
        单片机编译过程中将const修饰变量放在代码段实现不能修改
        gcc编译器将const修饰的变量放在数据段,只是默认不可修改，实际可通过地址访问修改

位（32位操作系统）
        位（1bit） 
        字节（8bit） 
        半字（16bit）  
        字（32bit）

位操作
        位操作：与& 或| 取反~ 异或^ 左移<< 右移>>
        位清0 : & 0
        位置1 : | 1
        位取反 : ^ 1
        特定位设置
                #define SET_NTH_BIT(x, n)  (x | ((1U)<<(n-1)))
        特定位清除
                #define CLEAR_NTH_BIT(x, n) (x & ~((1U)<<(n-1)))
        截取特定位
                #define GETBITS(x, n, m) ((x & ~(~(0U)<<(m-n+1))<<(n-1)) >> (n-1))

demo:
        位清除，设置，截取练习

#include <stdio.h>
 
int main()
{
        int a = 0x8a66;
 
        //设置bit3
        a |= (1<<3);
        printf("bit3 set ：%x\n",a);
 
        //设置bit3 ~ bit8
        a |= (0x1f << 3);
        printf("bit3-8 set ：%x\n",a);
 
        //清除bit5
        a  &= ~(1 << 5);
        printf("bit5 clear :%x\n",a);
 
        //清除bit6 ~ bit12
        a &= ~(0x3f << 6);
        printf("bit6-12 clear :%x\n",a);
 
        //设置bit9 ~ bit14为9
        a &= ~(0x1f << 9);
        a |= (12 << 9);
        printf("set 12 in bit9-14 :%x\n",a);
 
        //bit6 ~ bit12 加9,bit4 ~ bit7 加7
        int tmp = ((a & (0x3f << 6)) >> 6) + 9;
        a = (a & ~(0x3f << 6)) | (tmp << 6);
        tmp = ((a & (0xf << 1)) >> 1 ) + 7;
        a = (a & ~(0xf << 1)) | (tmp << 1);
        printf("bit6-12 + 9 and bit1-4 +7 ：%x\n",a);
 
        return 0;
}

结果示例：