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C语言之C语言的底层操作

来源:互联网  宽屏版  评论
2008-06-01 02:00:37

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"

右移: 变量名移位的位数

左移: 变量名

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。假如被移位的是无符号数,则填 0 。假如是有符号数,那么可能填 0 或符号位。假如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:假如移动 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,假如整型数据占 32 位,n 是一整型数据,则 n

注重即使腾空位填符号位,有符号整数的右移也不相当与除以 。为了证实这一点,我们可以想一下 -1 1 不可能为 0 。

C语言之C语言的底层操作
更多内容请看C/C++进阶技术文档专题,或

问题:位段结构

strUCt RPR_ATD_TLV_HEADER

{

ULONG res1:6;

ULONG type:10;

ULONG res1:6;

ULONG length:10;

};

位段结构是一种非凡的结构, 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0~15, 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0~7共8位*/

unsigned txcolor: 4;/*txcolor占用高字节的0~3位共4位*/

unsigned bgcolor: 3;/*bgcolor占用高字节的4~6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 name[8];

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。

注重不要超过值限制

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 8

struct STest1

{

char 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 2

struct STest2

{

char 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

注重事项:

1、 这样一来,编译器无法为特定平台做优化,假如效率非常重要,就尽量不要使用#pragma pack,假如必须使用,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,不要依靠命令行选项,因为假如很多人使用该头文件,并不是每个人都知道应该pack。这非凡表现在为别人开发库文件时,假如一个库函数使用了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。

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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

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

注重:

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。 要注重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"真",0 代表"假",对于"&&"和""操作符,假如左侧的操作数的值就可以决定表达式的值,它们根本就不去计算右侧的操作数。所以,!10 是 0 ,因为 10 非 0 ;10 && 12 是 1 ,因为 10 和 12 均非 0 ;10 12也是 1 ,因为 10 非 0 。并且,在最后一个表达式中,12 根本就没被计算,在表达式 10 f( ) 中也是如此。

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  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"   右移: 变量名移位的位数   左移: 变量名   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。假如被移位的是无符号数,则填 0 。假如是有符号数,那么可能填 0 或符号位。假如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:假如移动 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,假如整型数据占 32 位,n 是一整型数据,则 n   注重即使腾空位填符号位,有符号整数的右移也不相当与除以 。为了证实这一点,我们可以想一下 -1 1 不可能为 0 。 [url=http://www.wangchao.net.cn/bbsdetail_1785160.html][img]http://image.wangchao.net.cn/it/1323424477987.gif[/img][/url] 更多内容请看C/C++进阶技术文档专题,或   问题:位段结构   strUCt RPR_ATD_TLV_HEADER   {   ULONG res1:6;   ULONG type:10;   ULONG res1:6;   ULONG length:10;   };   位段结构是一种非凡的结构, 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0~15, 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0~7共8位*/    unsigned txcolor: 4;/*txcolor占用高字节的0~3位共4位*/    unsigned bgcolor: 3;/*bgcolor占用高字节的4~6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 name[8];    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。   注重不要超过值限制   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 8   struct STest1   {   char 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 2   struct STest2   {   char 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   注重事项:   1、 这样一来,编译器无法为特定平台做优化,假如效率非常重要,就尽量不要使用#pragma pack,假如必须使用,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,不要依靠命令行选项,因为假如很多人使用该头文件,并不是每个人都知道应该pack。这非凡表现在为别人开发库文件时,假如一个库函数使用了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。 [url=http://www.wangchao.net.cn/bbsdetail_1785160.html][img]http://image.wangchao.net.cn/it/1323424478029.gif[/img][/url] 更多内容请看C/C++进阶技术文档专题,或   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      ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━   注重:   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。 要注重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"真",0 代表"假",对于"&&"和"  "操作符,假如左侧的操作数的值就可以决定表达式的值,它们根本就不去计算右侧的操作数。所以,!10 是 0 ,因为 10 非 0 ;10 && 12 是 1 ,因为 10 和 12 均非 0 ;10    12也是 1 ,因为 10 非 0 。并且,在最后一个表达式中,12 根本就没被计算,在表达式 10    f( ) 中也是如此。 [url=http://www.wangchao.net.cn/bbsdetail_1785160.html][img]http://image.wangchao.net.cn/it/1323424478060.gif[/img][/url] 更多内容请看C/C++进阶技术文档专题,或
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