C语言内存操作函数使用示例梳理讲解

目录

• 一、memcpy()
• 函数原型
• 参数说明
• 模拟算法
• 使用示例
• 二、memmove()
• 函数原型
• 参数说明
• 模拟算法
• 使用示例
• 三、memset()
• 函数原型
• 参数说明
• 使用说明
• 使用示例
• 四、memcmp()
• 函数原型
• 参数说明
• 使用说明
• 使用示例

一、memcpy()

函数原型

void * memcpy ( void * dest, const void * src, size_t num );

参数说明

• 函数 memcpy 从 src 位置开始向后复制 num 个字节的数据到 dest 的内存位置。
• void * dest 代表目标的内存地址，const void * src 代表源内存地址。其中二者的数据类型均为 void * 。void * 可以存储任何类型地址的值。因此，该函数拷贝的内存数据可以是任意类型（如果int、float、double等均可）。
• size_t 即unsigned int类型。注意：num代表的是要拷贝的字节数，而非元素个数！如要从src拷贝一个int类型的数据到dest，则num应传入4，而非1.
• 该函数的返回值类型也为 void * ，也即只返回目标地址的数值。后续如何按照基类型取出数据、使用数据，可以由调用方在调用函数后实现。

模拟算法

void* my_memcpy(void* dest, const void* src, size_t num) {
    void *ret = dest;    //保存dest，用于最终输出
    assert(dest);
    assert(src);
	while (num--) {
		*(char*)dest = *(char*)src1;    //(char*): 取出每一个字节(8 bit)的值，以单个字节为单位进行赋值
		dest = (char*)dest + 1;    
		src = (char*)src + 1;
	}    //void * 类型是不能直接运算的，因为没有步长。(char*)将dest与src转换为以char为步长，再向后移动
	return ret;
}

• 该函数用于实现没有重叠部分内存的内存数据拷贝。如果source和destination有任何的重叠，复制的结果都是未定义的。
• 拷贝内存值按从低地址到高地址的顺序进行，多用于数组。

根据memcpy()的模拟算法，如果src与dest的内存空间有重叠部分，则可能导致src中的内容被覆盖，无法输出正确的值。

src中元素3的位置恰好也是dest中首元素的位置。dest的首元素被更改的同时，src中的元素也被更改。因此，memcpy()是不可用于“自己拷贝到自己后面”这样的操作的。这一问题留给了memmove()来解决。

使用示例

1.简单

int main()
{
	int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int arr2[10] = { 0 };
	memcpy(arr2, arr1, 20);    //拷贝20个字节，即5个int元素
	float arr3[] = { 1.0f,2.0f,3.0f,4.0f };
	float arr4[5] = { 0.0 };
	memcpy(arr3, arr4, 8);    //拷贝8个字节，即2个float元素
	return 0;
}

2.进阶

//示例来自cplusplus官网
/* memcpy example */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct {
  char name[40];
  int age;
} person, person_copy;
int main ()
{
  char myname[] = "Pierre de Fermat";    //定义一个字符串
  /* 用 memcpy 拷贝字符串 */
  //每个char类型占一个字节，因此要拷贝的字节数即strlen()+1，加一是因为要把'\0'也拷贝过去。
  memcpy ( person.name, myname, strlen(myname)+1 );
  person.age = 46;
  /* 用 memcpy 拷贝结构体 */
  //sizeof操作符，可以直接得到结构体变量在内存中所占的字节数。
  memcpy ( &person_copy, &person, sizeof(person) );
  //直接完成了结构体之间的数据拷贝：从person拷贝到person_cpy，不用手动转义，非常方便
  printf ("person_copy: %s, %d \n", person_copy.name, person_copy.age );
  return 0;
}

二、memmove()

函数原型

void * memmove ( void * dest, const void * src, size_t num );

参数说明

• 该函数的参数与返回值类型与memcpy()函数相同。该函数同样用作 从 src 位置开始向后复制 num 个字节数据到 dest 的内存位置。
• memmove()函数与memcpy()函数主要的区别在于memmove()可以进行有内存重叠的数据拷贝，而memcpy()绝对不能。memmove()的功能比memcpy()更加完善。
• 可以理解为：如果memcpy()函数够到了60分，那么memmove()函数却能到达90分。

模拟算法

#include<stdio.h>
#include<string.h>
//模拟实现memmove()
void* my_memmove(void* dest, const void* src, size_t num) 
{
	void* ret = dest;	//保存结果用于输出
	//从前向后拷贝，也可以写成if(dest <= src || (char*)dest >= (char*)src + num)
	if (dest <= src)
	{
		while (num--) {
			*(char*)dest = *(char*)src;    //拷贝
			dest = (char*)dest + 1;   
			src = (char*)src + 1;     //指针从前向后移动（从低地址向高地址移动）
		}
	}
	else    //从前向后拷贝
	{
		dest = (char*)dest + num - 1;    
		src = (char*)src + num - 1;    //初始化两指针至各自范围的最后
		while (num--) {
			*(char*)dest = *(char*)src;    //拷贝    
			dest = (char*)dest - 1;    
			src = (char*)src - 1;    //指针从后向前移动
		}
	}
	return ret;    //返回值为dest
}
//测试代码///
int main() {
	int arr1[] = { 2,3,4,5,6 };
	my_memmove(arr1+2, arr1, 8);
	//预计 2 3 2 3 6
	for (int i = 0; i < 5; i++) {
		printf("%d ", arr1[i]);
	}
	printf("\n-------------------\n");
	int arr2[] = { 2,3,4,5,6 };
	memmove(arr2 + 2, arr2, 8);
	for (int i = 0; i < 5; i++) {
		printf("%d ", arr2[i]);
	}
	return 0;
}

拷贝顺序的结论如图所示。上面提到，当有内存重叠时，拷贝的顺序是有讲究的。若不遵守下图的结论， 仍将导致src中原来的值被覆盖，无法输出正确的结果。

***错误的模拟算法

如下代码是错误的：

//错误的代码
void* my_memmove(void* dest, const void* src, size_t num)
{
    void * ret = dest;
    while (num--) {
	//从前向后拷贝
	    if (dest <= src)
	    {
		    *(char*)dest = *(char*)src;
		    dest = (char*)dest + 1;
	    	src = (char*)src + 1;
	    }
	    else
	    {
		    dest = (char*)dest + num - 1;    //错误
		    src = (char*)src + num - 1;    //错误
		    *(char*)dest = *(char*)src;
		    dest = (char*)dest - 1;
		    src = (char*)src - 1;
	    }
    return ret;
}

有一些同学可能认为，while(num--)语句与if语句的顺序可以调换。正确的代码是先进行情况判断，再进入while(num--)进行赋值与移动。将二者顺序调换，乍一看没有什么问题，是先设定一共要移动num次，再进入判断进行具体的操作。但是这样书写是有问题的，因为在dest > src && dest < src+num时，需要从后向前拷贝，这意味着dest和src的起始位置要发生变化。

上述代码中标记“错误”的语句便是dest和src初始化的语句。如果直接将while和if的位置调换，则每一次进入循环，都要初始化一遍dest和src。如此，dest与src的功能就被打乱了。

使用示例

//示例来自cplusplus官网
/* memmove example */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main ()
{
  char str[] = "memmove can be very useful......";
  memmove (str+20,str+15,11);    //表示将包括str+15向后11个字节的内容移动到str+20位置
  puts (str);
  return 0; 
}

输出：

如下图，将 src = str+11 位置开始，包括该位置共向后拷贝11字节。每个char占一个字节，因此拷贝了"very useful"这7个char字母至dest = str+20的位置。

三、memset()

函数原型

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

参数说明

• 第一个参数 ptr 为指针类型，表示要进行操作的内存的地址。如要对数组arr进行内存内容设置，则该参数的值为arr。
• 第二个参数 value 为要设定的内存的值。该值的数据类型是int型，但char值也是可以的。
• 第三个参数 num 为要设置值的内存的字节数。注意：是字节数，而不是元素的个数。如要改变两个int类型的值，num应为 8 ，而不是2.

使用说明

例如，有数组arr：[ 1 2 3 4 5 ]

要将其前两个元素值设定为0，则可使用memset函数：memset(arr, 0 , 8)

输出：[ 0 0 3 4 5 ].原理如下（以小端存储的形式展现）：

arr数组为int类型，一个int为4字节、32bit，内存中的存储如下（二进制）：

01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

02 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

03 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

04 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

05 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

memset(arr, 0, 8)，将前8个字节（2个int）置为0（其实每个比特位都被置为0了，但由于其它的比特位已经为0，故没有标出来）

但若使用 memset(arr, 1, 8)，并不是把数组前两个元素置为 1 .因为memset()函数是针对内存中每个字节的，memset(arr, 1, 8)的实际作用是将前8个字节中的内容全部置为1.

00 00 00 01 00 00 00 01 00 00 00 01 00 00 00 01

00 00 00 01 00 00 00 01 00 00 00 01 00 00 00 01

03 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

04 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

05 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

此时，前4字节按照int类型解析出来，结果为1000000010000000100000001，即16843009。

总结：

• int类型数组除了置0外，用memset置换成任何数都是错的。
• memset只适用于每个元素只占1个字节的数组，比如char型数组。因为memset的操作单位就是每个字节。只有char类型的数组不会出现错误。

使用示例

//示例来自cplusplus官网
/* memset example */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main ()
{
  char str[] = "almost every programmer should know memset!";
  memset (str,'-',6);    //表示将从str开始，包括str向后6个字节的内存内容置为'-'
  puts (str);
  return 0;
}

//输出：------ every programmer should know memset!

四、memcmp()

函数原型

int memcmp ( const void * ptr1, const void * ptr2, size_t num );

参数说明

• 比较ptr1和ptr2指针开始的num个字节。
• ptr1和ptr2分别是两个代表要比较的内存空间（一般是数组）的指针。
• num是要比较的字节数。（注意：不是元素个数）。

使用说明

返回值为整型，若返回值>0，则ptr1的内存长度大于ptr2；若返回值==0，则二者相等；若返回值<0，则ptr1的内存长度小于ptr2

使用示例

//示例来自cplusplus官网
/* memcmp example */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main ()
{
  //创建两个要用作比较的数组
  char buffer1[] = "DWgaOtP12df0";    
  char buffer2[] = "DWGAOTP12DF0";
  //接受比较的结果
  int n;
  //要比较的字节数为buffer1的长度
  //两字符串的比较可以用strcmp(buffer1,buffer2)函数实现，原理大致相同。
  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 as '%s'.\n",buffer1,buffer2);
  return 0;
}

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