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C語言之C語言的底層操作

來源:互聯網  2008-06-01 02:00:37  評論

概述

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)、什麽數可以作移位的位數。

答案與分析:

""和"

右移: 變量名移位的位數

左移: 變量名

經過移位後, 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。假如被移位的是無符號數,則填 0 。假如是有符號數,那麽可能填 0 或符號位。假如你想解決右移操作中騰空位的填充問題,就把變量聲明爲無符號型,這樣騰空位會被置 0。

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

比如,假如整型數據占 32 位,n 是一整型數據,則 n

注重即使騰空位填符號位,有符號整數的右移也不相當與除以 。爲了證實這一點,我們可以想一下 -1 1 不可能爲 0 。

C語言之C語言的底層操作
更多內容請看C/C++進階技術文檔專題,或

問題:位段結構

strUCt RPR_ATD_TLV_HEADER

{

ULONG res1:6;

ULONG type:10;

ULONG res1:6;

ULONG length:10;

};

位段結構是一種非凡的結構, 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爲:

struct位結構名{

數據類型 變量名: 整型常數;

數據類型 變量名: 整型常數;

} 位結構變量;

其中: 整型常數必須是非負的整數, 範圍是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, 這樣規定是爲了排列需要。

例如: 下面定義了一個位結構。

struct{

unsigned incon: 8; /*incon占用低字節的0~7共8位*/

unsigned txcolor: 4;/*txcolor占用高字節的0~3位共4位*/

unsigned bgcolor: 3;/*bgcolor占用高字節的4~6位共3位*/

unsigned blink: 1; /*blink占用高字節的第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&節省

例如:

struct info{

char name[8];

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。

注重不要超過值限制

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,後來發現這是因爲DLL和調用程序使用的字節對齊選項不同,那麽我想問一下,字節對齊究竟是怎麽一回事?

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 :

#pragma pack(8) //指定Align爲 8;

#pragma pack() //恢複到原先值

3、 實際對齊方式:

Actual Align = min ( Order Align, Natual Align )

對于複雜數據類型(比如結構等):實際對齊方式是其成員最大的實際對齊方式:

Actual Align = max( Actual align1,2,3,…)

編譯器的填充規律:

1、 成員爲成員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、 結構爲結構Actual Align的整數倍,在後面加Padding.

例子分析:

#pragma pack(8) //指定Align爲 8

struct STest1

{

char ch1;

long lo1;

char ch2;

} test1;

#pragma pack()

現在

Align of STest1 = 4 , sizeof STest1 = 12 ( 4 * 3 )

test1在內存中的排列如下( FF 爲 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爲 2

struct STest2

{

char ch3;

STest1 test;

} test2;

#pragma pack()

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:

00 -- -- -- 04 -- -- -- 08 -- -- -- 12 -- -- --

02 FF 01 FF FF FF 01 01 01 01 01 FF FF FF

ch3 ch1 -- lo1 -- ch2

注重事項:

1、 這樣一來,編譯器無法爲特定平台做優化,假如效率非常重要,就盡量不要使用#pragma pack,假如必須使用,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,不要依靠命令行選項,因爲假如很多人使用該頭文件,並不是每個人都知道應該pack。這非凡表現在爲別人開發庫文件時,假如一個庫函數使用了struct作爲其參數,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) 後一定不要include其他頭文件,若包含的頭文件中改變了align值,將産生非預期結果。

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。

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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。這與彙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

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

注重:

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。 要注重區別按位運算符和邏輯運算符的不同, 例如, 若x=7, 則x&&8 的值爲真(兩個非零值相與仍爲非零), 而x&8的值爲0。

3、 與 ,&與&&,~與! 的關系

&、 和 ~ 操作符把它們的操作數當作一個爲序列,按位單獨進行操作。比如:10 & 12 = 8,這是因爲"&"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爲 1 時,産生的結果中相應位才爲 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當作"真"或"假",並且用 0 代表"假",任何非 0 值被認爲是"真"。它們返回 1 代表"真",0 代表"假",對于"&&"和""操作符,假如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 ,因爲 10 非 0 ;10 && 12 是 1 ,因爲 10 和 12 均非 0 ;10 12也是 1 ,因爲 10 非 0 。並且,在最後一個表達式中,12 根本就沒被計算,在表達式 10 f( ) 中也是如此。

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  概述   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)、什麽數可以作移位的位數。   答案與分析:   ""和"   右移: 變量名移位的位數   左移: 變量名   經過移位後, 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。假如被移位的是無符號數,則填 0 。假如是有符號數,那麽可能填 0 或符號位。假如你想解決右移操作中騰空位的填充問題,就把變量聲明爲無符號型,這樣騰空位會被置 0。   (2) 第二個問題的答案也很簡單:假如移動 n 位,那麽移位的位數要不小于 0 ,並且一定要小于 n 。這樣就不會在一次操作中把所有數據都移走。   比如,假如整型數據占 32 位,n 是一整型數據,則 n   注重即使騰空位填符號位,有符號整數的右移也不相當與除以 。爲了證實這一點,我們可以想一下 -1 1 不可能爲 0 。 [url=/bbs/detail_1785160.html][img]http://image.wangchao.net.cn/it/1323424477987.gif[/img][/url] 更多內容請看C/C++進階技術文檔專題,或   問題:位段結構   strUCt RPR_ATD_TLV_HEADER   {   ULONG res1:6;   ULONG type:10;   ULONG res1:6;   ULONG length:10;   };   位段結構是一種非凡的結構, 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爲:   struct位結構名{    數據類型 變量名: 整型常數;    數據類型 變量名: 整型常數;   } 位結構變量;   其中: 整型常數必須是非負的整數, 範圍是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, 這樣規定是爲了排列需要。   例如: 下面定義了一個位結構。   struct{    unsigned incon: 8; /*incon占用低字節的0~7共8位*/    unsigned txcolor: 4;/*txcolor占用高字節的0~3位共4位*/    unsigned bgcolor: 3;/*bgcolor占用高字節的4~6位共3位*/    unsigned blink: 1; /*blink占用高字節的第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&節省   例如:   struct info{    char name[8];    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。   注重不要超過值限制   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,後來發現這是因爲DLL和調用程序使用的字節對齊選項不同,那麽我想問一下,字節對齊究竟是怎麽一回事?   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 :   #pragma pack(8) //指定Align爲 8;   #pragma pack() //恢複到原先值   3、 實際對齊方式:   Actual Align = min ( Order Align, Natual Align )   對于複雜數據類型(比如結構等):實際對齊方式是其成員最大的實際對齊方式:   Actual Align = max( Actual align1,2,3,…)   編譯器的填充規律:   1、 成員爲成員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、 結構爲結構Actual Align的整數倍,在後面加Padding.   例子分析:   #pragma pack(8) //指定Align爲 8   struct STest1   {   char ch1;   long lo1;   char ch2;   } test1;   #pragma pack()      現在     Align of STest1 = 4 , sizeof STest1 = 12 ( 4 * 3 )   test1在內存中的排列如下( FF 爲 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爲 2   struct STest2   {   char ch3;   STest1 test;   } test2;   #pragma pack()   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:     00 -- -- -- 04 -- -- -- 08 -- -- -- 12 -- -- --   02 FF 01 FF FF FF 01 01 01 01 01 FF FF FF   ch3 ch1 -- lo1 -- ch2   注重事項:   1、 這樣一來,編譯器無法爲特定平台做優化,假如效率非常重要,就盡量不要使用#pragma pack,假如必須使用,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,不要依靠命令行選項,因爲假如很多人使用該頭文件,並不是每個人都知道應該pack。這非凡表現在爲別人開發庫文件時,假如一個庫函數使用了struct作爲其參數,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) 後一定不要include其他頭文件,若包含的頭文件中改變了align值,將産生非預期結果。   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。 [url=/bbs/detail_1785160.html][img]http://image.wangchao.net.cn/it/1323424478029.gif[/img][/url] 更多內容請看C/C++進階技術文檔專題,或   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。這與彙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      ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━   注重:   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。 要注重區別按位運算符和邏輯運算符的不同, 例如, 若x=7, 則x&&8 的值爲真(兩個非零值相與仍爲非零), 而x&8的值爲0。   3、   與   ,&與&&,~與! 的關系   &、  和 ~ 操作符把它們的操作數當作一個爲序列,按位單獨進行操作。比如:10 & 12 = 8,這是因爲"&"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爲 1 時,産生的結果中相應位才爲 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當作"真"或"假",並且用 0 代表"假",任何非 0 值被認爲是"真"。它們返回 1 代表"真",0 代表"假",對于"&&"和"  "操作符,假如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 ,因爲 10 非 0 ;10 && 12 是 1 ,因爲 10 和 12 均非 0 ;10    12也是 1 ,因爲 10 非 0 。並且,在最後一個表達式中,12 根本就沒被計算,在表達式 10    f( ) 中也是如此。 [url=/bbs/detail_1785160.html][img]http://image.wangchao.net.cn/it/1323424478060.gif[/img][/url] 更多內容請看C/C++進階技術文檔專題,或
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