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C语言（内存函数）

news 来源：原创 2024/9/29 15:33:33

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本系列文章为个人学习笔记，在这里撰写成文一为巩固知识，二为一些学友们展示一下我的学习过程及理解。文笔、排版拙劣，望见谅。

1、memcpy 的使用和模拟实现

2、memmove 的使用和模拟实现

3、memset 函数的使用

4、memcmp 函数的使用

1、memcpy 的使用和模拟实现

1.1 memcpy 函数的使用

memcpy 前面的 mem 指的是 memmory ，英文单词“记忆”，在C语言中指的是内存。后面要介绍的 memmove、memset 和 memcmp 都是如此。

memcpy 是一个内存拷贝函数，其作用是将一个内存区域内指定的 count 个字节大小的内容拷贝到目标内存空间内。值得注意的是，虽然 memcpy 是一个内存函数，但其是定义在 <string.h>头文件内的。

上面关于 memcpy 函数的作用及其用法的描述还是很好理解的，这里再做一些说明。

（1）为了使 memcpy 函数可以实现对任意类型的内容拷贝，其参数定义为了 void *类型的指针；

（2）跟之前学过的字符串相关的函数一样，memcpy 函数拷贝的目标空间必须是可修改的，而被拷贝的内存区域可用 const 修饰；

（3）当 source 和 destination 有任何重叠的时候，复制的结果都是未定义的，也就是说memcpy 函数不负责重叠内存的拷贝。

这个函数还是比较简单的。

1.2 memcpy 函数的模拟实现

memcpy 函数和 strcpy 函数有相似的地方，所以其实现的逻辑也就应该和 strcpy 函数的模拟实现类似。首先我们需要搞清楚，为了实现对任意类型的内容拷贝，我们将 memcpy 函数的参数及其返回值都设定成了 void * 类型的指针，但是 void * 类型的指针有缺点，不能直接进行解引用，也不能对其进行 +- 操作，那我们就要想一个办法解决这个问题。

其实这个问题我们之前在模拟实现 qsort 函数的时候就有了一个解决办法，就是将其强转为char * 类型的指针，因为 char * 类型的指针指向的对象大小是一个字节，是所有类型中字节大小最小的，不管对象类型是多大字节，只要一个字节一个字节地拷贝，就可以对实现对任意类型的内容拷贝了。

那有了上面的思路，我们就能写出下面的代码：

#include <stdio.h>
#include <assert.h>void* my_memcpy(void* dest, const void* sour, size_t count)
{assert(dest && sour);void* pd = dest;while (count--)//控制拷贝多少个字节{*(char*)dest = *(char*)sour;((char*)dest)++;((char*)sour)++;}return pd;//返回目标空间的起始地址
}void text1()
{int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };int arr2[20] = { 0 };int* pi = my_memcpy(arr2, arr1 + 2, 20);for (int i = 0; i < 5; i++){printf("%d ", *(pi + i));}printf("\n");
}void text2()
{char str1[] = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";char str2[20] = { 0 };char* ps = my_memcpy(str2, str1 + 5, 10);printf("%s\n", ps);
}int main()
{text1();text2();return 0;
}

跟之前我们模拟实现 qsort 函数相比，这就是张飞吃豆芽。

上面我们是将一个内存区域的内容拷贝到另一个内存区域，那能不能实现在一个内存区域内的拷贝呢？我们来试一下：

可以看到，当我们在一个内存区域内拷贝，并且内存有重叠的时候，my_memcpy 函数就不能完成我们想要的结果了，这是因为重叠的部分已经被拷贝过来的内容代替，原内容就消失了，当拷贝到重叠的内存区域时，拷贝的还是之前拷贝过来的内容。不过只要内存不重叠，在一个内存区域内拷贝也是可行的。

但是，我们可以看到 memcpy 函数并没有这个问题，那是我们模拟的函数有问题吗？其实不是的，memcpy 函数之所以没有这个问题，是因为在某些系统上，memcpy函数可能会检测是否源内存和目标内存有重叠，并采取一些措施以确保正确的结果。然而，这种行为是不可靠的，不同的编译器或系统的实现方式可能会导致不同的结果。

上面的情况和我们在 字符、字符串函数 中介绍到的用 strcat 函数实现一个字符串自己拼接到自己末尾产生的问题是类似的，同样的 strcat 函数表面上虽然也没有什么问题，但是这种行为也是不可靠的。为了代码的可移植性和安全性，最好还是使用memmove 函数来处理重叠内存的情况。接下来我们就来介绍 memmove 函数。

2、memmove 的使用和模拟实现

2.1 memmove 函数的使用

对比 memcpy 函数，memmove 函数与之是及其相似的，特别的是 memmove 函数操作的对象是可以重叠的，正如它所描述的它会将内容如同先复制到一个临时数组中，这样就解决了目标内存区域的内容被覆盖的问题。

2.1 memmove 函数的模拟实现

那么了解了 memmove 函数的逻辑，模拟实现它也不是什么难事。我们只需要创建一个临时数组过渡就行，于是就得到了下面的代码：

#include <stdio.h>
#include <assert.h>void* my_memmove(void* dest, const void* sour, size_t count)
{assert(dest && sour);void* pd = dest;int i = 0;char arr[1000] = { 0 };for (i = 0; i < count; i++){arr[i] = *(char*)sour;((char*)sour)++;}for (i = 0; i < count; i++){*(char*)dest = arr[i];((char*)dest)++;}return pd;
}int main()
{int i = 0;int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };int sz = sizeof(arr1) / sizeof(arr1[0]);my_memmove(arr1 + 2, arr1, 20);for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", arr1[i]);}return 0;
}

是不是很简单呢，这样我们就实现了模拟 memmove 函数的功能。但是上面这种创建临时字符数组的办法有一点不足，因为我们并不能确定被拷贝的内容有多大，所以只能模糊地创建一个比较大的数组，但是这个比较大是多大没办法知道，创建大了浪费，创建小了不够，那有没有什么办法能解决这个问题呢？

2.3 memmove 函数的模拟优化

既然我们并不能确定要创建一个多大的临时数组，那我们干脆放弃创建临时数组的方法另辟奇径。

让我们再回到之前遇到的问题，如果内存重叠时拷贝会将原内容覆盖。那是不是我们拷贝的方法有问题呢？来看：

将红色方框内的内容拷贝到蓝色方框内：

我们发现，从前向后拷贝行不通，因为会覆盖掉还没拷贝的内容；但从后向前拷贝是可行的，并没有出现还没拷贝的内容被覆盖的情况。

将蓝色方框内的内容拷贝到红色方框内：

我们又发现，从后向前行不通，但从前向后是可行的。

而之所以有时需要从前向后拷贝，有时需要从后向前拷贝，是取决于是将前面的内容拷贝到后面，还是将后面的内容拷贝到前面。

前面介绍数组的时候我们说过，数组元素随着下标的增大地址逐渐增大。也就是说，如果上面需要将红色方框内的内容拷贝到蓝色方框内，那么当指针p1小于指针p2时，需要从后向前拷贝；当指针p1大于指针p2时，需要从前向后拷贝。而当两个内存区域没有重叠时，从前向后和从后向前都是可行的。

那么，我们就可以在拷贝之前先比较一下指针dest和指针sour的大小，然后再选择是从前向后拷贝还是从后向前拷贝。

#include <stdio.h>
#include <assert.h>void* my_memmove(void* dest, const void* sour, size_t count)
{void* pd = dest;assert(dest && sour);if (dest < sour)//从前向后{while (count--){*(char*)dest = *(char*)sour;((char*)dest)++;((char*)sour)++;}}else//从后向前{while (count--){*((char*)dest + count) = *((char*)sour + count);}}return pd;
}void text1()
{int i = 0;int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };int sz = sizeof(arr1) / sizeof(arr1[0]);my_memmove(arr1 + 2, arr1, 20);for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", arr1[i]);}
}void text2()
{int i = 0;int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };int sz = sizeof(arr1) / sizeof(arr1[0]);my_memmove(arr1, arr1 + 2, 20);for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", arr1[i]);}
}void text3()
{int i = 0;char str1[] = "abcdefghijklmn";int sz = sizeof(str1) / sizeof(str1[0]);my_memmove(str1, str1 + 2, 5);printf("%s\n", str1);
}void text4()
{int i = 0;char str1[] = "abcdefghijklmn";int sz = sizeof(str1) / sizeof(str1[0]);my_memmove(str1 + 2, str1, 5);printf("%s\n", str1);
}int main()
{//text1();//text2();//text3():text4();return 0;
}

这时候我们写的 my_memmove 函数就比较完善了。

其实小伙伴们也能感觉到 memmove 函数完全可以代替 memcpy 函数，而且 memmove 函数不用管内存是否重叠的问题。那 memcpy 函数不就没有存在的必要了吗？其实内存重叠只是一种特殊情况，在确定没有内存重叠的情况下使用 memcpy 函数效率会更高，因为 memcpy 函数没有比较指针大小这一步骤。

当然如果你嫌麻烦始终使用 memmove 函数也是没有什么问题的，就是效率低那么一丢丢而已。