【C语言基础】：内存操作函数

一、memcpy函数的使用和模拟实现

函数原型：

void * memcpy ( void * destination, const void * source, size_t num );

内存复制块

1. 将num字节的值从源指向的位置直接复制到目标指向的内存块。
2. 源指针和目标指针所指向的对象的底层类型与此函数无关;结果是数据的二进制副本。
3. 该函数不检查源中是否有任何终止null字符——它总是精确地复制num个字节。
4. 为了避免溢出，目标参数和源参数所指向的数组的大小应该至少为num字节，并且不应该重叠(对于重叠的内存块，memmove是一种更安全的方法)。

1.1 memcpy函数的使用

【示例】：将arr1中的前5个元素拷贝到arr2中

#include<stdio.h>
#include<string.h>

int main()
{
  int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
  int arr2[20] = { 0 };
  memcpy(arr2, arr1, 20);
  for (int i = 0; i < 20; i++)
  {
    printf("%d ", arr2[i]);
  }
  return 0;
}

1.2 memcpy函数的模拟实现

模拟思路：

函数参数和返回类型：mencpy不仅可以将拷贝整形数据，其他的数据类型也可以拷贝，即参数类型根据传入的数据类型决定，需要接受任意类型的地址，所以参数类型可以定义成void*，因为src是原数据，我们不期望它被修改，所以要加const进行修饰；还需要指定拷贝num字节的值，即num要为非负数，为了避免传入进来的num是一个负数，可以将num定为size_t类型，memcpy返回的是目标空间的起始地址，即返回类型我们也定为void* 。

函数体：首先用assert断言判断传入进来的是否为空指针；void* 类型的指针不可以直接解引用，这里的num是指字节数，不同的数据类型所占的字节数不同，所以最好一个一个字节访问，即将 void* 强转成 char* (解引用时一次访问一个字节)类型；每访问一个字节后就自增一，拷贝完成后，这时的dest已经不再指向首元素地址，所以在这之前要创建一个void* 的指针记录dest，最后返回记录dest的指针即可。

模拟代码：

#include<stdio.h>
#include<assert.h>

void* my_memcpy(void* dest, const void* src, size_t num)
{
  assert(dest && src);
  void* ret = dest;
  while (num--)
  {
    *(char*)dest = *(char*)src;
    src = (char*)src + 1;
    dest = (char*)dest + 1;
  }
  return ret;
}

int main()
{
  int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
  int arr2[20] = { 0 };
  my_memcpy(arr2, arr1, 20);
  for (int i = 0; i < 20; i++)
  {
    printf("%d ", arr2[i]);
  }
  return 0;
}

注意：memcpy函数不可以拷贝重叠的内存块(虽然也能实现)但不安全，对于重叠的内存块，memmove是一种更安全的方法。

二、memmove函数的使用和模拟实现

函数原型：

void * memmove ( void * destination, const void * source, size_t num );

移动内存块

1. 将num字节的值从源指向的位置复制到目标指向的内存块。复制就像使用了中间缓冲区一样进行，从而允许目标和源重叠。
2. 源指针和目标指针所指向的对象的底层类型与此函数无关;结果是数据的二进制副本。
3. 该函数不检查源中是否有任何终止null字符——它总是精确地复制num个字节。
4. 为了避免溢出，目的参数和源参数所指向的数组的大小至少为num字节。

memcpy与memmove的区别就在于memmove可以复制重叠的内存块。

2.1 memmove函数的使用

【示例】：将arr1中的1，2，3，4，5这几个元素拷贝到arr1中的3，4，5，6，7的位置。

2.2 memmove函数的模拟实现

模拟思路：

函数参数和返回类型：和memcpy函数一致，这里就不多作介绍了。

函数体：这里总体要分两种情况：一种是dest<src，另一种就是dest>src；对于第一种情况，需要从前向后拷贝，对于第二种情况，需要从后向前拷贝，至于不重叠的话，无论是从前向后还是从后向前都是可以的。从前向后拷贝的方法和memcpy是一致的，这里就不多说了；从后向前拷贝也比较简单，src强转成 char* 之后加上num就是最后一个字节，然后num不断自减，就可以实现从后向前拷贝。

模拟代码：

#include<stdio.h>
#include<assert.h>
void* my_memmove(void* dest, const void* src, size_t num)
{
  assert(dest && src);
  void* ret = dest;
  if (dest < src)
  {
    // 前-->后
    while (num--)
    {
      *(char*)dest = *(char*)src;
      src = (char*)src + 1;
      dest = (char*)dest + 1;
    }
  }
  else {
    // 后-->前
    while (num--)
    {
      *((char*)dest + num) = *((char*)src + num);
    }
  }
  return ret;
}

int main()
{
  int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
  my_memmove(arr1 + 2, arr1, 5 * sizeof(int));
  for (int i = 0; i < 10; i++)
  {
    printf("%d ", arr1[i]);
  }
  return 0;
}

三、memset函数的使用

函数原型：

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

填充内存块

将ptr指向的内存块的前num个字节设置为指定的值(解释为unsigned char)。

参数说明：

ptr

指向要填充的内存块的指针。

value

需要设置的值。该值作为int类型传递，但函数使用该值的unsigned char转换来填充内存块。

num

要设置为该值的字节数。size_t是一个无符号整型。

3.1 menset函数的使用

【示例】：将arr数组中的hello替换成x

#include<stdio.h>
#include<string.h>
int main()
{
  char arr[] = "hello world";
  memset(arr, 'x', 5);
  printf("%s\n", arr);
  return 0;
}

注意：这里的num指的是该值的字节数。

四、memcmp函数的使用

函数原型：

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

比较两个内存块

将ptr1所指向的内存块的前num字节与ptr2所指向的前num字节进行比较，如果它们都匹配则返回0，如果不匹配则返回不同于0的值，表示哪个值更大。

参数说明：

ptr1

指向内存块的指针。

ptr2

指向内存块的指针。

num

要比较的字节数。

注意：与strcmp不同，该函数在找到空字符后不会停止比较。

4.1 memcmp函数的使用

【示例】：比较arr1数组和arr2数组中前16个字节；在比较前17个字节。

#include<stdio.h>
#include<string.h>
int main()
{
  int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6,7 };
  int arr2[] = { 1,2,3,4,8,8,8 };
  int ret1 = memcmp(arr1, arr2, 16);
  int ret2 = memcmp(arr1, arr2, 17);
  printf("%d\n", ret1);
  printf("%d\n", ret2);
  return 0;
}

分析：一个整型占4个字节，比较前16个字节就是比较前4个元素，前4个元素都是一样的，所以返回0。但从17个字节开始，arr1和arr2数组就开始不同了，arr1是05，而arr2是08，08大于05，所以返回-1。