水滴石穿之C語言的底層操作.doc

水滴石穿之C語言的底層操作 概述C語言的內存模型基本上對應了現(xiàn)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(fā)的主要原因，另外，C語言適合做底層開發(fā)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(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(huán)移動的。(1) 第一個問題的答案很簡單，但要根據(jù)不同的情況而定。如果被移位的是無符號數(shù)，則填 0 。如果是有符號數(shù)，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(shù)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(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 。問題：位段結構 strUCt RPR_ATD_TLV_HEADERULONG res1:6;ULONG type:10;ULONG res1:6;ULONG length:10;位段結構是一種特殊的結構, 在需按位訪問一個字節(jié)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: struct位結構名數(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); 位結構變量;其中: 整型常數(shù)必須是非負的整數(shù), 范圍是015, 表示二進制位的個數(shù), 即表示有多少位。變量名是選擇項, 可以不命名, 這樣規(guī)定是為了排列需要。例如: 下面定義了一個位結構。 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: ch.bgcolor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(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(jié)但保存了兩個信息, 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。由此可見使用位結構可以節(jié)省存貯空間。注意不要超過值限制問題：字節(jié)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(fā)覺結構都亂掉了，完全不能讀取正確的值，后來發(fā)現(xiàn)這是因為DLL和調用程序使用的字節(jié)對齊選項不同，那么我想問一下，字節(jié)對齊究竟是怎么一回事？答案與分析：關于字節(jié)對齊：1、 當不同的結構使用不同的字節(jié)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(jié)對齊來保證唯一性，諸如通訊協(xié)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(shù)據(jù)類型的大小相等。2、 指定對齊方式 ： #pragma pack(8) /指定Align為 8； #pragma pack() /恢復到原先值3、 實際對齊方式： Actual Align = min ( Order Align, Natual Align )對于復雜數(shù)據(jù)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： 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( 結構Actual Align，設定對齊方式)2、 結構為結構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：1、 這樣一來，編譯器無法為特定平臺做優(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(xiàn)在為別人開發(fā)庫文件時，如果一個庫函數(shù)使用了struct作為其參數(shù)，當調用者與庫文件開發(fā)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(jié)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(chǎn)生非預期結果。5、 不要多人同時定義一個數(shù)據(jù)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(jié)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(shù)型變量以及它們的變體, 對其它數(shù)據(jù)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(qū)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(shù)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(shù)的相同位同時為 1 時，產(chǎn)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 )。 &、 和！操作符把它們的操作數(shù)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