C語言的底層操作

C語言的底層操作

　　C語言的內存模型基本上對應了現在von Neumann（馮·諾伊曼）計算機的實際存儲模型，很好的達到了對機器的映射，這是C/C++適合做底層開發的主要原因，另外，C語言適合做底層開發還有另外一個原因，那就是C語言對底層操作做了很多的的支持，提供了很多比較底層的功能。下面就來和小編一起看看C語言的底層操作吧。

　　下面結合問題分別進行闡述。

　　問題：移位操作

　　在運用移位操作符時，有兩個問題必須要清楚：

　　(1)、在右移操作中，騰空位是填 0 還是符號位；

　　(2)、什么數可以作移位的位數。

　　答案與分析：

　　">>"和"<<"是指將變量中的每一位向右或向左移動, 其通常形式為:

　　右移: 變量名>>移位的位數

　　左移: 變量名<<移位的位數

　　經過移位后, 一端的位被"擠掉",而另一端空出的位以0 填補,在C語言中的移位不是循環移動的。

　　(1) 第一個問題的答案很簡單，但要根據不同的情況而定。如果被移位的是無符號數，則填 0 。如果是有符號數，那么可能填 0 或符號位。如果你想解決右移操作中騰空位的填充問題，就把變量聲明為無符號型，這樣騰空位會被置 0。

　　(2) 第二個問題的答案也很簡單：如果移動 n 位，那么移位的位數要不小于 0 ，并且一定要小于 n 。這樣就不會在一次操作中把所有數據都移走。

　　比如，如果整型數據占 32 位，n 是一整型數據，則 n << 31 和 n << 0 都合法，而 n << 32 和 n << -1 都不合法。

　　注意即使騰空位填符號位，有符號整數的右移也不相當與除以 。為了證明這一點，我們可以想一下 -1 >> 1 不可能為 0 。

　　問題：位段結構

　　位段結構是一種特殊的結構, 在需按位訪問一個字節或字的多個位時, 位結構比按位運算符更加方便。

　　位結構定義的一般形式為:

　　其中: 整型常數必須是非負的整數, 范圍是0~15, 表示二進制位的個數, 即表示有多少位。

　　變量名是選擇項, 可以不命名, 這樣規定是為了排列需要。

　　例如: 下面定義了一個位結構。

　　位結構成員的訪問與結構成員的訪問相同。

　　例如: 訪問上例位結構中的bgcolor成員可寫成:

　　位結構成員可以與其它結構成員一起使用。 按位訪問與設置，方便&節省

　　例如:

　　上例的結構定義了關于一個工從的信息。其中有兩個位結構成員, 每個位結構成員只有一位, 因此只占一個字節但保存了兩個信息, 該字節中第一位表示工人的狀態, 第二位表示工資是否已發放。由此可見使用位結構可以節省存貯空間。

　　注意不要超過值限制

　　問題：字節對齊

　　我在使用VC編程的過程中，有一次調用DLL中定義的結構時，發覺結構都亂掉了，完全不能讀取正確的值，后來發現這是因為DLL和調用程序使用的字節對齊選項不同，那么我想問一下，字節對齊究竟是怎么一回事？

　　答案與分析：

　　關于字節對齊：

　　1、 當不同的結構使用不同的字節對齊定義時，可能導致它們之間交互變得很困難。

　　2、 在跨CPU進行通信時，可以使用字節對齊來保證唯一性，諸如通訊協議、寫驅動程序時候寄存器的結構等。

　　三種對齊方式：

　　1、 自然對齊方式（Natural Alignment）：與該數據類型的大小相等。

　　2、 指定對齊方式 ：

　　3、 實際對齊方式：

　　對于復雜數據類型（比如結構等）：實際對齊方式是其成員最大的實際對齊方式：

　　編譯器的填充規律：

　　1、 成員為成員Actual Align的整數倍，在前面加Padding。

　　成員Actual Align = min( 結構Actual Align，設定對齊方式)

　　2、 結構為結構Actual Align的整數倍，在后面加Padding.

　　例子分析：

　　現在

　　test1在內存中的排列如下（ FF 為 padding ）：

　　現在 Align of STest1 = 2, Align of STest2 = 2 , sizeof STest2 = 14 ( 7 * 2 )

　　test2在內存中的排列如下：

　　注意事項：

　　1、 這樣一來，編譯器無法為特定平臺做優化，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行設置。

　　2、 需要加pack的地方一定要在定義結構的頭文件中加，不要依賴命令行選項，因為如果很多人使用該頭文件，并不是每個人都知道應該pack。這特別表現在為別人開發庫文件時，如果一個庫函數使用了struct作為其參數，當調用者與庫文件開發者使用不同的pack時，就會造成錯誤，而且該類錯誤很不好查。

　　3、 在VC及BC提供的頭文件中，除了能正好對齊在四字節上的結構外，都加了pack，否則我們編的Windows程序哪一個也不會正常運行。

　　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，將產生非預期結果。

　　5、 不要多人同時定義一個數據結構。這樣可以保證一致的pack值。

　　問題：按位運算符

　　C語言和其它高級語言不同的是它完全支持按位運算符。這與匯編語言的位操作有些相似。 C中按位運算符列出如下:

　　━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

　　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、 按位運算是對字節或字中的實際位進行檢測、設置或移位, 它只適用于字符型和整數型變量以及它們的變體, 對其它數據類型不適用。

　　2、 關系運算和邏輯運算表達式的結果只能是1或0。 而按位運算的結果可以取0或1以外的值。 要注意區別按位運算符和邏輯運算符的不同, 例如, 若x=7, 則x&&8 的值為真(兩個非零值相與仍為非零), 而x&8的值為0。

　　3、 | 與 ||，&與&&，~與! 的關系

　　&、| 和 ~ 操作符把它們的操作數當作一個為序列，按位單獨進行操作。比如：10 & 12 = 8，這是因為"&"操作符把 10 和 12 當作二進制描述 1010 和 1100 ，所以只有當兩個操作數的相同位同時為 1 時，產生的結果中相應位才為 1 。同理，10 | 12 = 14 ( 1110 )，通過補碼運算，~10 = -11 ( 11...110101 )。<以多少為一個位序列> &&、|| 和！操作符把它們的操作數當作"真"或"假"，并且用 0 代表"假"，任何非 0 值被認為是"真"。它們返回 1 代表"真"，0 代表"假"，對于"&&"和"||"操作符，如果左側的操作數的值就可以決定表達式的值，它們根本就不去計算右側的操作數。所以，!10 是 0 ，因為 10 非 0 ；10 && 12 是 1 ，因為 10 和 12 均非 0 ；10 || 12也是 1 ，因為 10 非 0 。并且，在最后一個表達式中，12 根本就沒被計算，在表達式 10 || f( ) 中也是如此。

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