水滴石穿C语言之C语言的底层操作.doc

概述C语言的内存模型基本上对应了现在von Neumann（冯诺伊曼）计算机的实际存储模型，很好的达到了对机器的映射，这是C/C+适合做底层开发的主要原因，另外，C语言适合做底层开发还有另外一个原因，那就是C语言对底层操作做了很多的的支持，提供了很多比较底层的功能。下面结合问题分别进行阐述。问题：移位操作在运用移位操作符时，有两个问题必须要清楚：(1)、在右移操作中，腾空位是填 0 还是符号位；(2)、什么数可以作移位的位数。答案与分析：和移位的位数 左移: 变量名移位的位数 经过移位后, 一端的位被挤掉,而另一端空出的位以0 填补,在C语言中的移位不是循环移动的。(1) 第一个问题的答案很简单，但要根据不同的情况而定。如果被移位的是无符号数，则填 0 。如果是有符号数，那么可能填 0 或符号位。如果你想解决右移操作中腾空位的填充问题，就把变量声明为无符号型，这样腾空位会被置 0。(2) 第二个问题的答案也很简单：如果移动 n 位，那么移位的位数要不小于 0 ，并且一定要小于 n 。这样就不会在一次操作中把所有数据都移走。比如，如果整型数据占 32 位，n 是一整型数据，则 n 31 和 n 0 都合法，而 n 32 和 n 1 不可能为 0 。 问题：位段结构struct RPR_ATD_TLV_HEADERULONG res1:6;ULONG type:10;ULONG res1:6;ULONG length:10; ;位段结构是一种特殊的结构, 在需按位访问一个字节或字的多个位时, 位结构比按位运算符更加方便。 位结构定义的一般形式为: struct位结构名 数据类型 变量名: 整型常数; 数据类型 变量名: 整型常数; 位结构变量; 其中: 整型常数必须是非负的整数, 范围是015, 表示二进制位的个数, 即表示有多少位。变量名是选择项, 可以不命名, 这样规定是为了排列需要。 例如: 下面定义了一个位结构。 struct unsigned incon: 8; /*incon占用低字节的07共8位*/ unsigned txcolor: 4;/*txcolor占用高字节的03位共4位*/ unsigned bgcolor: 3;/*bgcolor占用高字节的46位共3位*/ unsigned blink: 1; /*blink占用高字节的第7位*/ ch; 位结构成员的访问与结构成员的访问相同。 例如: 访问上例位结构中的bgcolor成员可写成: ch.bgcolor 位结构成员可以与其它结构成员一起使用。 按位访问与设置，方便&节省例如: struct info char name8; int age; struct addr address; float pay; unsigned state: 1; unsigned pay: 1; workers; 上例的结构定义了关于一个工从的信息。其中有两个位结构成员, 每个位结构成员只有一位, 因此只占一个字节但保存了两个信息, 该字节中第一位表示工人的状态, 第二位表示工资是否已发放。由此可见使用位结构可以节省存贮空间。 注意不要超过值限制问题：字节对齐我在使用VC编程的过程中，有一次调用DLL中定义的结构时，发觉结构都乱掉了，完全不能读取正确的值，后来发现这是因为DLL和调用程序使用的字节对齐选项不同，那么我想问一下，字节对齐究竟是怎么一回事？答案与分析：关于字节对齐：1、 当不同的结构使用不同的字节对齐定义时，可能导致它们之间交互变得很困难。2、 在跨CPU进行通信时，可以使用字节对齐来保证唯一性，诸如通讯协议、写驱动程序时候寄存器的结构等。三种对齐方式：1、 自然对齐方式（Natural Alignment）：与该数据类型的大小相等。2、 指定对齐方式 ：#pragma pack(8) /指定Align为 8；#pragma pack() /恢复到原先值3、 实际对齐方式：Actual Align = min ( Order Align, Natual Align )对于复杂数据类型（比如结构等）：实际对齐方式是其成员最大的实际对齐方式：Actual Align = max( Actual align1,2,3，)编译器的填充规律：1、 成员为成员Actual Align的整数倍，在前面加Padding。成员Actual Align = min( 结构Actual Align，设定对齐方式)2、 结构为结构Actual Align的整数倍，在后面加Padding.例子分析：#pragma pack(8) /指定Align为 8struct STest1char ch1; long lo1;char ch2; test1;#pragma pack()现在Align of STest1 = 4 , sizeof STest1 = 12 ( 4 * 3 )test1在内存中的排列如下（ FF 为 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为 2struct STest2char ch3;STest1 test; test2;#pragma pack()现在 Align of STest1 = 2, Align of STest2 = 2 , sizeof STest2 = 14 ( 7 * 2 )test2在内存中的排列如下：00 - - - 04 - - - 08 - - - 12 - - -02 FF 01 FF FF FF 01 01 01 01 01 FF FF FF ch3 ch1 - lo1 - ch2注意事项：1、 这样一来，编译器无法为特定平台做优化，如果效率非常重要，就尽量不要使用#pragma pack，如果必须使用，也最好仅在需要的地方进行设置。2、 需要加pack的地方一定要在定义结构的头文件中加，不要依赖命令行选项，因为如果很多人使用该头文件，并不是每个人都知道应该pack。这特别表现在为别人开发库文件时，如果一个库函数使用了struct作为其参数，当调用者与库文件开发者使用不同的pack时，就会造成错误，而且该类错误很不好查。3、 在VC及BC提供的头文件中，除了能正好对齐在四字节上的结构外，都加了pack，否则我们编的Windows程序哪一个也不会正常运行。4、 在 #pragma pack(n) 后一定不要include其他头文件，若包含的头文件中改变了align值，将产生非预期结果。5、 不要多人同时定义一个数据结构。这样可以保证一致的pack值。问题：按位运算符 C语言和其它高级语言不同的是它完全支持按位运算符。这与汇编语言的位操作有些相似。 C中按位运算符列出如下: 操作符 作用 & 位逻辑与 | 位逻辑或 位逻辑异或 - 位逻辑反 右移 左移 注意：1、 按位运算是对字节或字中的实际位进行检测、设置或移位, 它只适用于字符型和整数型变量以及它们的变体, 对其它数据类型不适用。 2、 关系运算和逻辑运算表达式的结果只能是1或0。 而按位运算的结果可以取0或1以外的值。 要注意区别按位运算符和逻辑运算符的不同, 例如, 若x=7, 则x&8 的值为真(两个非零值相与仍为非零), 而x&8的值为0。 3、 | 与 |，&与&，与! 的关系&、| 和 操作符把它们的操作数当作一个为序列，按位单独进行操作。比如：10 & 12 = 8，这是因为&操作符把 10 和 12 当作二进制描述 1010 和 1100 ，所以只有当两个操作数的相同位同时为 1 时，产生的结果中相应位才为 1 。同理，10 | 12 = 14 ( 1110 )，通过补码运算，10 = -11 ( 11.110101 )。 &、| 和！操作符把它们的操作数当作真或假，并且用 0 代表假，任何非 0 值被认为是真。它们返回 1 代表