【C语言】memcpy()函数(内存块拷贝函数)

简介: 【C语言】memcpy()函数(内存块拷贝函数)

一.memcpy()函数简介

我们先来看一下cplusplus.com - The C++ Resources Network网站上memcpy()函数基本信息

🎏函数功能

可以看到,memcpy()函数的功能是:

源头指向的内存块拷贝固定字节数的数据目标指向的内存块.

strcpy()函数不同的是,该函数不会检查任何终止字符(如'\0'),而总是精确的拷贝参数传入的字节数.


🎏函数参数

该函数一共有三个参数,分别是:

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

📌void * destination

第一个参数的类型是无类型指针(void*),它指向拷贝的目的地内存块,它的作用是为函数提供目的地的内存块起始地址,以便函数能够准确地将内容拷贝到我们需要的内存空间.

📌const void * source

第二个参数的类型是被const修饰(const修饰的指针,const在*左边表示指针指向的内容不可修改,const在*右边表示指针的指向不可修改)无类型指针(void*),它指向拷贝数据的来源内存块,它的作用是为函数提供拷贝源头内存块起始地址,以便函数能够准确找到拷贝的源头进行拷贝.

📌size_t num

第三个参数的类型是size_t(无符号整形),它表示要拷贝数据的字节数,它的作用是告诉函数需要拷贝的字节数是多少,以便函数精准的拷贝该数目字节数空间的内容到目的地.


🎏函数返回值

函数的返回值类型是无类型指针(void*),它的作用是在函数运行结束后返回拷贝后的目的地内存块的起始地址.


🎏函数头文件

该函数包含在头文件<string.h>中.


二.memcpy()函数的具体使用

memcpy()函数的使用场景是:

当我们想拷贝一个整型数组/结构体/枚举常量等strcpy()函数无法拷贝的数据时,我们可以考虑使用memcpy()函数来完实现这一诉求,当然,想要使用memcpy()函数拷贝字符串也是可以的.

🎏使用memcpy()函数完成拷贝整型数组数据

如下,我们使用memcpy()函数将arr1数组的前20字节(即前5个整形)拷贝进arr2中:

分别给memcpy()函数传入3个参数:

拷贝目的地地址(即arr2),拷贝来源地址(即arr1),拷贝字节数(即20).

#include<stdio.h>
#include<string.h>
 
int main()
{
  int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
  int arr2[10] = { 0 };
  //使用memcpy()函数将arr1数组的前20字节(即前5个整形)拷进arr2中
  memcpy(arr2, arr1, 20);
 
  for (int i = 0; i < 10; i++)
    printf("%d\n", arr2[i]);
 
  return 0;
}

在vs编译器中运行查看结果:

可见memcpy()函数成功的将arr1中的前5个整形的数据拷贝进了arr2的前5个整形空间中.


🎏使用memcpy()函数拷贝结构体数据

如下,我们使用memcpy()函数将结构体变量person的数据拷贝进person_copy中:

分别给memcpy()函数传入3个变量:

拷贝目的地地址(即&person),拷贝来源地址(即&person_copy),拷贝字节数(即sizeof(person)(即变量person的大小)).

#include <stdio.h>
#include <string.h>
 
struct STUDENT
{
  char name[20];
  int age;
}; 
 
int main()
{
  struct STUDENT person = { "Pierre de Fermat",46 };
  struct STUDENT person_copy = { 0 };
 
  /* 使用memcpy拷贝结构体: */
  memcpy(&person_copy, &person, sizeof(person));
 
  printf("person_copy: %s, %d \n", person_copy.name, person_copy.age);
 
  return 0;
}

在vs编译器中运行查看结果:

 可见memcpy()函数成功的将person的数据拷贝进了person_copy中.


三.模拟实现memcpy()函数功能

🎏实现思路

1.函数参数及返回值设定逻辑

📌函数参数:
void * destination

因为memcpy()函数要实现的是内存空间的拷贝,所以在使用memcpy()函数时我们难免会遇到拷贝不同类型数据的可能,因此在这里我们需要将目的地的地址类型设置为无类型指针,以便函数后续可以处理任意类型的数据.

const void * source

来源地址的类型设置为无类型指针的原因与目的地的原因相同,都是便于函数可以处理任意类型的数据.

而给来源的地址指针加上const的原因是防止拷贝的过程中将来源的内容不慎修改,在*指针左侧加上const就可以使const修饰的指针指向的内容变成常量.

size_t num

因为要拷贝的字节数恒为非负数,因此字节数的类型是无符号整形.

📌函数返回值:
void*

函数返回值设置为void*的原因同目的地及来源地相同,都是便于函数可以在处理完任意类型的数据后可以返回目的地的地址.


2.函数功能实现逻辑

采用循环的方式将字节内容逐一拷贝,直到达到要求的字节数为止.

注意事项:

  1. 因为最后需要返回目的地的起始地址,因此拷贝前应当提点记录下目的地起始位置的地址.
  2. 为了函数拷贝字节数的灵活性及普适性,不能按照常规的方式将指针强制类型转换为int*型或其他类型,而应该强制类型转换为最灵活的char*类型,这样就能避免单数拷贝出错的问题.
  3. 因为无论源地址为NULL,还是目的地地址为NULL,在后续函数的运行过程中都会导致指针的越界访问,因此我们选择在函数一开始就加入assert断言,防止传入空指针情况的出现.

🎏代码编写

注:该模拟实现代码按C语言标准定义实现,具有memcpy()函数的完备功能,但不能实现内存块的重叠拷贝,对此感兴趣的朋友可以移步本文第四段:my_memcpy()函数的不足.

//memcpy()函数的模拟实现
#include<assert.h>
#include<stdio.h>
 
void* my_memcpy(void* destination, const void* source, size_t num)
{
    assert(destination);        //断言防止函数接收空指针进行操作
    assert(source);
 
  void* ret = destination;
  while (num--)
  {
    *(char*)destination = *(char*)source;
    destination = (char*)destination + 1;
    source = (char*)source + 1;
  }
 
  return ret;
}
 
int main()
{
  int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
  int arr2[10] = { 0 };
  //使用my_memcpy()函数将arr1数组的前20字节(即前5个整形)拷进arr2中
  my_memcpy(arr2, arr1, 20);
 
  for (int i = 0; i < 10; i++)
    printf("%d\n", arr2[i]);
 
  return 0;
}

🎏运行测试

使用my_memcpy()函数拷贝arr1数组中的前20字节到arr2中:

可见my_memcpy()函数成功的将arr1中的前20个字节拷贝到了arr2中.


四.模拟实现my_memcpy()函数的不足

首先需要感谢一下这位大佬指出了模拟实现代码中存在的问题:

然后,我先在vs2022环境中测试了一下库函数在面对该问题时的处理结果:

即当源拷贝地址与目标拷贝地址重叠时:我们尝试使用memcpy()函数将arr1数组中的1,2,3,4,5拷贝到3,4,5,6,7的位置上去.

又测试了一下模拟实现函数my_memcpy()函数在面对该问题时的处理结果:

具体操作同上:

可以发现,我们上面实现的my_memcpy()函数在面对源地址空间与目标地址空间有重叠时,拷贝的结果就会出现错误.

我们画图分析一下拷贝失败的原因:

这说明从前向后拷贝逻辑的my_memcpy()函数是不能胜任地址空间重叠拷贝的.

那么我们之前的模拟实现就完全错误了吗?

不是的!让我们再来看一下文章开头时C语言标准对memcpy()函数的定义:

也就是说,C标准不要求memcpy()函数能够拷贝重叠内存块的,如果我们期望使用可以重叠的内存块拷贝函数,那么另一个C标准库函数memmove()函数会是一个更好的选择.

(注:在前面的演示中使用vs2022编译器测试memcpy()函数拷贝重叠内存块仅仅是因为vs编译器对memcpy库函数的实现较为严谨,当我们换用别的编译器时,这个结果就有可能发生变化,但无论各家编译器的底层实现逻辑是怎样的,我们最好都以C标准的定义为准来使用各个库函数).

综上,在memcpy()函数部分,我将不再深入去探讨内存块重叠情况的内存拷贝的原理,图示以及模拟实现.而是将这部分的内容转移至对memmove()函数的详解博客中进行探讨.如果有感兴趣的朋友可以移步这篇博客,里面有非常详细的memmove()函数的简介,memmove()函数具体使用方式,memmove()函数实现拷贝重叠内存块逻辑图示以及memmove()库函数的模拟实现相关内容,详情点击下方链接即可跳转阅读:


结语

希望这篇memcpy()函数的介绍到能对大家有所帮助,欢迎大佬们留言或私信与我交流.

学海漫浩浩,我亦苦作舟!关注我,大家一起学习,一起进步!


C语言内存相关库函数思维导图:



今日感悟:能用该定律解释的现象都可以拿来判定该环境是否适用于某一定律.


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