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C语言内存函数和数据在内存的存储

news 来源：原创 2025/6/8 6:50:12

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ABABCDE
    return 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。