水滴石穿之C語(yǔ)言的底層操作.doc

水滴石穿之C語(yǔ)言的底層操作 概述C語(yǔ)言的內(nèi)存模型基本上對(duì)應(yīng)了現(xiàn)在von Neumann（馮諾伊曼）計(jì)算機(jī)的實(shí)際存儲(chǔ)模型，很好的達(dá)到了對(duì)機(jī)器的映射，這是C/C+適合做底層開(kāi)發(fā)的主要原因，另外，C語(yǔ)言適合做底層開(kāi)發(fā)還有另外一個(gè)原因，那就是C語(yǔ)言對(duì)底層操作做了很多的的支持，提供了很多比較底層的功能。下面結(jié)合問(wèn)題分別進(jìn)行闡述。問(wèn)題：移位操作在運(yùn)用移位操作符時(shí)，有兩個(gè)問(wèn)題必須要清楚：(1)、在右移操作中，騰空位是填 0 還是符號(hào)位；(2)、什么數(shù)可以作移位的位數(shù)。答案與分析：和移位的位數(shù)左移: 變量名移位的位數(shù)經(jīng)過(guò)移位后, 一端的位被擠掉,而另一端空出的位以0 填補(bǔ),在C語(yǔ)言中的移位不是循環(huán)移動(dòng)的。(1) 第一個(gè)問(wèn)題的答案很簡(jiǎn)單，但要根據(jù)不同的情況而定。如果被移位的是無(wú)符號(hào)數(shù)，則填 0 。如果是有符號(hào)數(shù)，那么可能填 0 或符號(hào)位。如果你想解決右移操作中騰空位的填充問(wèn)題，就把變量聲明為無(wú)符號(hào)型，這樣騰空位會(huì)被置 0。(2) 第二個(gè)問(wèn)題的答案也很簡(jiǎn)單：如果移動(dòng) n 位，那么移位的位數(shù)要不小于 0 ，并且一定要小于 n 。這樣就不會(huì)在一次操作中把所有數(shù)據(jù)都移走。比如，如果整型數(shù)據(jù)占 32 位，n 是一整型數(shù)據(jù)，則 n 31 和 n 0 都合法，而 n 32 和 n 1 不可能為 0 。問(wèn)題：位段結(jié)構(gòu) strUCt RPR_ATD_TLV_HEADERULONG res1:6;ULONG type:10;ULONG res1:6;ULONG length:10;位段結(jié)構(gòu)是一種特殊的結(jié)構(gòu), 在需按位訪問(wèn)一個(gè)字節(jié)或字的多個(gè)位時(shí), 位結(jié)構(gòu)比按位運(yùn)算符更加方便。位結(jié)構(gòu)定義的一般形式為: struct位結(jié)構(gòu)名數(shù)據(jù)類型 變量名: 整型常數(shù);數(shù)據(jù)類型 變量名: 整型常數(shù); 位結(jié)構(gòu)變量;其中: 整型常數(shù)必須是非負(fù)的整數(shù), 范圍是015, 表示二進(jìn)制位的個(gè)數(shù), 即表示有多少位。變量名是選擇項(xiàng), 可以不命名, 這樣規(guī)定是為了排列需要。例如: 下面定義了一個(gè)位結(jié)構(gòu)。 structunsigned incon: 8; /*incon占用低字節(jié)的07共8位*/unsigned txcolor: 4;/*txcolor占用高字節(jié)的03位共4位*/unsigned bgcolor: 3;/*bgcolor占用高字節(jié)的46位共3位*/unsigned blink: 1; /*blink占用高字節(jié)的第7位*/ch; 位結(jié)構(gòu)成員的訪問(wèn)與結(jié)構(gòu)成員的訪問(wèn)相同。例如: 訪問(wèn)上例位結(jié)構(gòu)中的bgcolor成員可寫(xiě)成: ch.bgcolor位結(jié)構(gòu)成員可以與其它結(jié)構(gòu)成員一起使用。 按位訪問(wèn)與設(shè)置，方便&節(jié)省例如: struct infochar name8;int age;struct addr address;float pay;unsigned state: 1;unsigned pay: 1;workers; 上例的結(jié)構(gòu)定義了關(guān)于一個(gè)工從的信息。其中有兩個(gè)位結(jié)構(gòu)成員, 每個(gè)位結(jié)構(gòu)成員只有一位, 因此只占一個(gè)字節(jié)但保存了兩個(gè)信息, 該字節(jié)中第一位表示工人的狀態(tài), 第二位表示工資是否已發(fā)放。由此可見(jiàn)使用位結(jié)構(gòu)可以節(jié)省存貯空間。注意不要超過(guò)值限制問(wèn)題：字節(jié)對(duì)齊我在使用VC編程的過(guò)程中，有一次調(diào)用DLL中定義的結(jié)構(gòu)時(shí)，發(fā)覺(jué)結(jié)構(gòu)都亂掉了，完全不能讀取正確的值，后來(lái)發(fā)現(xiàn)這是因?yàn)镈LL和調(diào)用程序使用的字節(jié)對(duì)齊選項(xiàng)不同，那么我想問(wèn)一下，字節(jié)對(duì)齊究竟是怎么一回事？答案與分析：關(guān)于字節(jié)對(duì)齊：1、 當(dāng)不同的結(jié)構(gòu)使用不同的字節(jié)對(duì)齊定義時(shí)，可能導(dǎo)致它們之間交互變得很困難。2、 在跨CPU進(jìn)行通信時(shí)，可以使用字節(jié)對(duì)齊來(lái)保證唯一性，諸如通訊協(xié)議、寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序時(shí)候寄存器的結(jié)構(gòu)等。三種對(duì)齊方式：1、 自然對(duì)齊方式（Natural Alignment）：與該數(shù)據(jù)類型的大小相等。2、 指定對(duì)齊方式 ： #pragma pack(8) /指定Align為 8； #pragma pack() /恢復(fù)到原先值3、 實(shí)際對(duì)齊方式： Actual Align = min ( Order Align, Natual Align )對(duì)于復(fù)雜數(shù)據(jù)類型（比如結(jié)構(gòu)等）：實(shí)際對(duì)齊方式是其成員最大的實(shí)際對(duì)齊方式： Actual Align = max( Actual align1,2,3，)編譯器的填充規(guī)律：1、 成員為成員Actual Align的整數(shù)倍，在前面加Padding。成員Actual Align = min( 結(jié)構(gòu)Actual Align，設(shè)定對(duì)齊方式)2、 結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)Actual Align的整數(shù)倍，在后面加Padding.例子分析： #pragma pack(8) /指定Align為 8struct STest1char ch1;long lo1;char ch2; test1;#pragma pack() 現(xiàn)在 Align of STest1 = 4 , sizeof STest1 = 12 ( 4 * 3 )test1在內(nèi)存中的排列如下（ FF 為 padding ）： 00 - - - 04 - - - 08 - - - 12 - - - 01 FF FF FF 01 01 01 01 01 FF FF FF ch1 - lo1 - ch2 #pragma pack(2) /指定Align為 2 struct STest2 char ch3; STest1 test; test2; #pragma pack()現(xiàn)在 Align of STest1 = 2, Align of STest2 = 2 , sizeof STest2 = 14 ( 7 * 2 )test2在內(nèi)存中的排列如下： 00 - - - 04 - - - 08 - - - 12 - - - 02 FF 01 FF FF FF 01 01 01 01 01 FF FF FF ch3 ch1 - lo1 - ch2注意事項(xiàng)：1、 這樣一來(lái)，編譯器無(wú)法為特定平臺(tái)做優(yōu)化，如果效率非常重要，就盡量不要使用#pragma pack，如果必須使用，也最好僅在需要的地方進(jìn)行設(shè)置。2、 需要加pack的地方一定要在定義結(jié)構(gòu)的頭文件中加，不要依賴命令行選項(xiàng)，因?yàn)槿绻芏嗳耸褂迷擃^文件，并不是每個(gè)人都知道應(yīng)該pack。這特別表現(xiàn)在為別人開(kāi)發(fā)庫(kù)文件時(shí)，如果一個(gè)庫(kù)函數(shù)使用了struct作為其參數(shù)，當(dāng)調(diào)用者與庫(kù)文件開(kāi)發(fā)者使用不同的pack時(shí)，就會(huì)造成錯(cuò)誤，而且該類錯(cuò)誤很不好查。3、 在VC及BC提供的頭文件中，除了能正好對(duì)齊在四字節(jié)上的結(jié)構(gòu)外，都加了pack，否則我們編的Windows程序哪一個(gè)也不會(huì)正常運(yùn)行。4、 在 #pragma pack(n) 后一定不要include其他頭文件，若包含的頭文件中改變了align值，將產(chǎn)生非預(yù)期結(jié)果。5、 不要多人同時(shí)定義一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這樣可以保證一致的pack值。問(wèn)題：按位運(yùn)算符C語(yǔ)言和其它高級(jí)語(yǔ)言不同的是它完全支持按位運(yùn)算符。這與匯編語(yǔ)言的位操作有些相似。 C中按位運(yùn)算符列出如下:操作符 作用& 位邏輯與位邏輯或 位邏輯異或- 位邏輯反 右移 左移注意：1、 按位運(yùn)算是對(duì)字節(jié)或字中的實(shí)際位進(jìn)行檢測(cè)、設(shè)置或移位, 它只適用于字符型和整數(shù)型變量以及它們的變體, 對(duì)其它數(shù)據(jù)類型不適用。2、 關(guān)系運(yùn)算和邏輯運(yùn)算表達(dá)式的結(jié)果只能是1或0。 而按位運(yùn)算的結(jié)果可以取0或1以外的值。 要注意區(qū)別按位運(yùn)算符和邏輯運(yùn)算符的不同, 例如, 若x=7, 則x&8 的值為真(兩個(gè)非零值相與仍為非零), 而x&8的值為0。3、 與 ，&與&，與! 的關(guān)系&、 和 操作符把它們的操作數(shù)當(dāng)作一個(gè)為序列，按位單獨(dú)進(jìn)行操作。比如：10 & 12 = 8，這是因?yàn)?操作符把 10 和 12 當(dāng)作二進(jìn)制描述 1010 和 1100 ，所以只有當(dāng)兩個(gè)操作數(shù)的相同位同時(shí)為 1 時(shí)，產(chǎn)生的結(jié)果中相應(yīng)位才為 1 。同理，10 12 = 14 ( 1110 )，通過(guò)補(bǔ)碼運(yùn)算，10 = -11 ( 11.110101 )。 &、 和！操作符把它們的操作數(shù)當(dāng)作真或假，并且用 0 代表假，任何非 0 值被認(rèn)為是真。它們返回