【C语言】——内存函数的使用及模拟实现

【C语言】——内存函数的使用及模拟实现

前言

  在【C语言】——字符串函数的使用与模拟实现（上）与【C语言】——字符串函数的使用与模拟实现（下）二文中，我曾详细介绍了字符串相关函数的具体功能及其模拟实现。
  
  然而，实践过程中，我们往往不仅仅只是处理字符串类型的变量，若要对浮点型、整型、结构体等其他类型的数据进行相关操作，又该怎么办呢？
  
  这时，就需要用到的内存操作函数了
  
  接下来，让我们一起来学习学习吧

  
  

一、 m e m c p y memcpy memcpy 函数

1.1、函数功能

（1）函数名理解

  

在介绍 m e m c p y memcpy memcpy函数 的功能前，我们先来对函数名进行分析：

  • m e m mem mem 表示的是 m e m o r y memory memory，它有记忆、内存的意思，这里它表示的是内存
  • c p y cpy cpy 即 c o p y copy copy，表示拷贝

  这样我们从名字就能大体知道这个函数的大致功能啦，像之前的 s t r c p y strcpy strcpy函数，它是实现对字符串的拷贝，而 m e m c p y memcpy memcpy函数，实现的是对内存块的拷贝。
  
  

（2）函数介绍

在这里插入图片描述

功能：将源字符串的前 n u m num num 个内存块内容拷贝到目标字符串中

  • 函数 m e m c p y memcpy memcpy 从 s o u r c e source source 的位置开始向后复制 n u m num num 个字节的数据到 d e s t i n a t i o n destination destination 指向的内存为止
  • 函数的使用需包含头文件 < s t r i n g . h > <string.h> <string.h>
  • 因为拷贝的数据不一定是字符串，函数在遇到 ‘\0’ 时不会停下来
  • 如果 s o u r c e source source 和 d e s t i n a t i o n destination destination 有任何的重叠，复制的结果都是未定义的
  • d e s t i n a t i o n destination destination 所指向的空间必须足够大，至少 n u m num num 个字节大小，以避免溢出
  • 返回值是目标空间的地址

注：对于重叠的内存，交给 m e m m o v e memmove memmove函数 来处理。

  

1.2、函数的使用

  
例如：我们将整型数组 a r r 1 arr1 arr1 的前 5 个元素复制给 a r r 2 arr2 arr2 数组
  
代码如下：

#include<stdio.h>
#include<string.h>

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

  
运行结果：
在这里插入图片描述
  
  可能有些小伙伴在调用 m e m c p y memcpy memcpy 函数时， n u m num num 的传参会写成 5 ：memcpy(arr2, arr1, 5);，这里需要注意： m e m c p y memcpy memcpy 拷贝是内存块为单位，即字节，而不是要拷贝的元素的个数。
  当然， n u m num num 的传参也可以写成 元素个数 ∗ * ∗ s i z e o f sizeof sizeof（类型）
  如：上述代码调用 m e m c p y memcpy memcpy 函数可写成：memcpy(arr2, arr1, 5*sizeof(int));
  
  那如果用 m e m c p y memcpy memcpy 拷贝重叠空间会怎样呢？我们用自己写的模拟函数试一下

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

  
运行结果：
在这里插入图片描述
  
为什么会这样呢？具体原因稍后解释。
  
  

1.3、函数的模拟实现

  

   m e m c p y memcpy memcpy函数 的实现思路和 s t r c p y strcpy strcpy 的实现差不多，即逐一拷贝每个内存块（详情请看：【C语言】——字符串函数的使用与模拟实现（上））
  

void* my_memcpy(void* dest, void* src, size_t num)
{
	void* ret = dest;
	assert(dest && src);

	while (num--)
	{
		*(char*)dest = *(char*)src;
		dest = (char*)dest + 1;
		src = (char*)src + 1;
	}

	return ret;
}

  
代码逐行解析：

  • 参数用 v o i d void void* 的原因： m e m c p y memcpy memcpy 拷贝的是任意类型的数据，而函数事先并不知道你所用传递的数据的类型，因此用 v o i d void void * 指针，以便能接收所有类型的数据。
  • assert(dest && src);断言，后面要对指针进行解引用，因此不能传入空指针。
  • while (num--)循环条件的判断， n u m num num 不为 0，即为真，进入循环，后 n u m num num 自减
  • *(char*)dest = *(char*)src;【C语言】—— 指针一 ： 初识指针（上）一文中，曾提到不能对 v o i d void void * 指针进行解引用操作，因此要改变其所指向的值，要对其进行强制类型转换。因为 c h a r char char * 类型一次的访问权限只有一个字节，因此将其强转成 c h a r char char* 类型，再进行解引用、赋值
  • dest = (char*)dest + 1;指针向后移，指向下一个字节
      

  这里有小伙伴可能会问：dest = (char*)dest + 1;我觉得有点啰嗦，能不能写成(char*)dest++;呢？
  答案是：不能
  为什么呢？
  因为强制类型转换是临时的。这里的 ++，不是对 c h a r char char* 类型的 d e s t dest dest++，而是对 v o i d void void* 类型的 d e s t dest dest++
  上述代码可拆分成两句：(char*)dest;，dest++;
  
  那((char*)dest)++;可行吗？
  基本是没问题的，但需要注意的是，有部分编译器可能编不过去。
  
  因此，循环语句的内容也可写成：

	while (num--)
	{
		*((char*)dest)++ = *((char*)src)++;
	}

当然，最好还是上面的那种写法。

  
  

二、 m e m m o v e memmove memmove 函数

2.1、函数功能

  
  在前面将 m e m c p y memcpy memcpy函数 时，我曾提到，对于重叠的内存，交给 m e m m o v e memmove memmove函数 来处理，那么 m o m m o v e mommove mommove函数 又是做什么的呢？
  

在这里插入图片描述

功能：将源字符串的前 n u m num num 个内存块内容拷贝到目标字符串中

  • 和 m e m c p y memcpy memcpy函数 的差别就是 m e m m o v e memmove memmove函数 处理的源内存块和目标内存块可以重叠的。
  • 如果源空间和目标空间出现重叠，就得使用 m e m m o v e memmove memmove函数 处理。

  

2.2、函数的使用

#include<stdio.h>
#include<string.h>

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

  
运行结果：
在这里插入图片描述

  
图示：

在这里插入图片描述
  
  可以看到，复制 5 个元素，目标空间与源空间重合了，这时，就不能再使用 m e m c p y memcpy memcpy 函数，而要用 m e m m o v e memmove memmove 函数了
  
在这里插入图片描述

  
  

2.3、函数的模拟实现

（1）思路一

  
  要实现重叠空间的拷贝，有什么办法呢？

  我们想到，可以另外开辟一个数组，将原数组所有数据进行拷贝。然后，再对需要拷贝的元素进行拷贝。

在这里插入图片描述

  但是，这个方法太过繁琐，而且要单独创建数组，浪费空间，这里我们暂不考虑。

  

（2）思路二

  那还有什么办法呢？我们不妨想一想，为什么内存空间重叠不能用memcpy函数？因为新拷贝的内容会将原来真正想拷贝的内容覆盖，这样最终拷贝出来的结果就不是自己想要的
  
图示：

在这里插入图片描述

  那有什么办法可以让先拷贝的内容不覆盖后拷贝的内容呢？

  我们可以从后往前拷贝，如图：
  在这里插入图片描述

  
  这时，有小伙伴就说了：只要以后我们都从后往前拷就行了
  但问题又来了，如果是从 a r r arr arr + 2 开始拷贝 5 个元素到 a r r arr arr 呢?
  
如图：

在这里插入图片描述

  
  发现又出问题了，但问题和之前一样，先拷贝的内容覆盖了原数据，导致后拷贝的内容错误
  

  这时就需要用到从前往后拷贝了
  在这里插入图片描述

  
  那什么时候从后往前拷，什么时候从前往后拷呢？
  
结论：

  • 当两块空间重叠时，目标空间在源空间前面，从前向后拷贝
  • 当两块空间重叠时，目标空间在源空间后面，从后向前拷贝
  • 当两块空间不重叠时，两种拷贝方法都行
      

图示：

在这里插入图片描述

  
  

（3）代码实现

  
  这里，空间不重叠的部分我们用从后向前，因为这样只用在 s r c src src 处分界即可

void* my_memmove(void* dest, void* src, size_t num)
{
	void* ret = dest;
	assert(dest && src);

	if (src > dest)
	{
		while (num--)
		{
			//前->后
			*(char*)dest = *(char*)src;
			dest = (char*)dest + 1;
			src = (char*)src + 1;
		}
	}
	else
	{
		//后->前
		while (num--)
		{
			*((char*)dest + num) = *((char*)src + num);
		}
	}
	return 0;
}

  
  这段代码从前往后的情况与 m e m c p y memcpy memcpy 情况相同，就不再过多解释，来看从后往前的情况

  • while (num--)这里循环判断条件与上面一样，当 n u m num num 大于 0，进入循环，随后进行自减。
  • *((char*)dest + num) = *((char*)src + num);这里我们发现，如果要拷贝 20 字节内容，即 n u m num num 等于 20，那么起始位置加 n u m num num - 1 所指向的就是最后一个要拷贝的字节，而 n u m num num 在进入循环后已经自减，因此这里直接加 n u m num num 。再接着，再次循环， n u m num num 再次自减，拷贝倒数第二个字节内容，以此类推，直至 n u m num num 为 0 拷贝结束。
      
      

三、 m e m s e t memset memset 函数

3.1、函数功能

在这里插入图片描述

功能：设置内存，将内存中的值以字节为单位设置成想要的内容

  • p t r ptr ptr：指向要设置的内存块
  • v a l u e value value：要设置的值
  • n u m num num：要设置字节的个数
  • 返回值：要设置的内存，即 p t r ptr ptr
      

3.2、函数的使用

#include<stdio.h>
#include<string.h>

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

  
运行结果：
在这里插入图片描述

  
  这时，有小伙伴问能不能用它来设置整型呢？当然可以

#include<stdio.h>
#include<string.h>

int main()
{
	int arr[10];
	memset(arr, 0, 10*sizeof(int));
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	printf("\n");
	return 0;
}

  
运行结果：
在这里插入图片描述
  
  那又有小伙伴问全部设置成 1 可以吗？我们来试试

#include<stdio.h>
#include<string.h>

int main()
{
	int arr[10];
	memset(arr, 1, 10*sizeof(int));
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	printf("\n");
	return 0;
}

  
运行结果：
在这里插入图片描述
  为什么会这样？
  我们要注意： m e m s e t memset memset 是以字节为单位来设置的。
  1 的二进制是 00000000 00000000 00000000 00000001
  而 m e m s e t memset memset 是将每个字节单独设置成 1，即一个整型被设置成：00000001 00000001 00000001 00000001，转换成二进制即：16843009

  

3.3、函数的模拟实现

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

	while (num--)
	{
		*((char*)ptr + num) = value;
	}
	
	return ptr;
}

  
  

四、 m e m c m p memcmp memcmp 函数

4.1、函数功能

在这里插入图片描述

功能：比较从 p t r 1 ptr1 ptr1 和 p t r 2 ptr2 ptr2 指针指向的位置开始，向后的 n u m num num 个字节
  
返回值如下：

在这里插入图片描述

  • 如果返回值 < 0，则表示 str1 小于 str2。
  • 如果返回值 > 0，则表示 str1 大于 str2。
  • 如果返回值 = 0，则表示 str1 等于 str2。

  

4.2、函数的使用

int main()
{
	char buffer1[] = "DWgaOtP12df0";
	char buffer2[] = "DWGAOTP12DF0";
	int n = 0;
	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 '%s'.\n", buffer1, buffer2);

	return 0;

}

  
运行结果：
在这里插入图片描述
  

4.3、函数的模拟实现

int my_memcmp(const void* ptr1, const void* ptr2, size_t num)
{
	assert(ptr1 && ptr2);

	while (*(char*)ptr1 == *(char*)ptr2 && num--)
	{
		ptr1 = (char*)ptr1 + 1;
		ptr2 = (char*)ptr2 + 1;
	}

	return *(char*)ptr1 - *(char*)ptr2;
}

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