在这里插入图片描述

一、memcpy的使用和模拟实现

   在之前我们学习了使用和模拟实现strncpy函数,它是一个字符串函数,用来按照给定的字节个数来拷贝字符串,那么问题来了我们想拷贝的不是字符串,而是整型、浮点型的数据,该怎么办呢?
   这时候就要使用我们的内存函数memcpy,mem是memory的缩写,它原本是记忆的意思,在这里是内存的意思,它的作用范围就宽泛多了,因为它是对内存块的内容进行拷贝,不管内存中存放的是什么数据类型,都可以通过拷贝内存块来实现拷贝
   但是使用函数memcpy需要包含的头文件还是<string.h>,接下来我们来看看这个函数的原型:

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

   它有三个参数,可以看到,它的前两个参数不再是char * 指针,而是void*的指针了,因为我们不再知道要拷贝的内容具体是什么数据类型,所以可以使用void * 的指针,而它的第三个参数是一个无符号整型,代表了要拷贝的内存的字节数
   它的返回类型是void * ,也是由于不知道需要操作的数据类型是什么,所以使用void * ,那它具体返回的地址是什么呢?我们可以参照字符串函数strcpy,它返回的就是目标空间的首地址,memcpy函数也是这样,返回目标空间的首地址,也就是这里的destination
  接着我们可以总结出memcpy函数的特点:

  • 函数memcpy从source的位置,也就是源空间的首地址开始,向后复制num个字节的数据到destination指向的内存位置
  • 这个函数在遇到 ‘\0’ 的时候并不会停下来,它拷贝多少数据完全看第三个参数
  • 如果source和destination有任何的重叠,复制的结果都是未定义的

   接下来我们来简单使用一下这个函数,用它来拷贝一个整型数组,如下:

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

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

我们来看看运行结果:
在这里插入图片描述
   可以看到它已经帮我们把数据完全拷贝过来了,它是怎么做到的呢?我们来试着模拟实现一下这个函数,就会发现其实并不难,它会结合我们学过的qsort实现和strcpy实现的知识,现在我们赶紧来实现一下吧!

  1. 函数命名:my_memcpy
  2. 函数参数:照抄memcpy的参数,简化一些长的名字:
void* my_memcpy ( void* dest, const void* src, size_t num )
  1. 函数实现:
    (1)老规矩,首先进行一次断言,确保这两个指针不是空指针
    (2)由于要返回目标空间的首地址,所以要创建一个void*的指针变量start来存储,用于最后的返回
    (3)这里由于不知道是什么类型的数据,所以我们不能妄自定义一个数据类型,这里我们可以采用qsort里面的思想,将它们转为字符指针,一个字节一个字节的拷贝,这样就可以确保能够完美拷贝所有数据
    (4)所以我们创建一个while循环,每进行一次循环就让num–,每一次循环我们就进行一个字节的拷贝,并且拷贝完后让dest和src往后走一个字节
    (5)进行一个字节的拷贝就很简单了,只需要将dest和src强制类型转换为字符指针就可以了,主要是让它们往后面走一个字节不能使用(char * )dest++,所以我们这里可以采用++最原始的操作,就是给它+1,然后赋值给dest,如下:
dest = (char*)dest + 1;

(6)最后一步就是返回之前存下的变量start

  1. 函数代码:
#include <assert.h>

void* my_memcpy(void* dest, const void* src, size_t num)
{
	assert(dest && src);
	void* start = dest;

	while (num--)
	{
		*(char*)dest = *(char*)src;
		dest = (char*)dest + 1;
		src = (char*)src + 1;
	}
	return start;
}
  1. 函数测试:
    在这里插入图片描述

   最后我们来探讨一个问题,memcpy能否自己对自己进行拷贝呢?比如有一个数组arr,存放的是1到10的数字,能不能将从1开始的4个整型数据,拷贝到从5开始的4个整型数据,如下图:
在这里插入图片描述

   能否将绿色圆圈内的数据作为源数据,拷贝到蓝色圆圈的空间中,使得数组中的数据变成1 2 3 4 1 2 3 4 9 10,问题就在于怎么找到从5开始的地址
   arr是首元素地址,所以很容易想到,可以使用arr+4来作为目标空间地址,而arr作为源地址,我们来测试一下,如图:
在这里插入图片描述

   可以看到,它成功实现了,接着我们继续思考,如果在拷贝时源空间和目标空间有重叠呢?如图:
在这里插入图片描述   这个时候我们想要经过拷贝后,数据变成1 2 3 4 3 4 5 6 9 10,memcpy能否帮我们实现拷贝呢?如图:
在这里插入图片描述
   可以看到居然失败了,这是为什么呢?我们可以画图求解:
在这里插入图片描述

   到经过第三个整型的拷贝时我们发现了问题,原本该被拷贝的5现在已经变成了3,所以在7,的位置放的是3,在8的位置放的是4,所以最后整个数组变成了这个样子:
在这里插入图片描述
   跟我们打印出来的样子一模一样,那么怎么才能实现怎么内存重叠的拷贝呢?这个就要用到我们马上要学习的memmove函数了
   但是在学习memmove函数之前,我们先插个题外话,刚刚我们一直使用的是自己实现的memcpy,无法处理内存重叠的情况,那库里面的那个memcpy函数本尊呢?能否实现,我们来看看:
在这里插入图片描述
   可以看到,神奇的事情发生了,库里面的memcpy居然可以处理这种内存重叠的情况,那是不是我们写的memcpy太挫了呢?
   很明显不是,是因为C语言规定了memcpy只处理没有内存重叠的情况,有内存重叠的情况交给memmove函数解决,这里的memcpy函数又为什么能够解决这个问题呢?
   这个就涉及到编译器的问题了,比如C语言规定memcpy只处理没有内存重叠的情况,而VS的memcpy在处理了没有内存重叠的基础上,还实现了有内存重叠的情况,相当于老师只要求你考60分就能及格,就能到达要求,而你考了100分
   所以不用担心是不是我们的momcpy函数实现的有问题,我们实现的momcpy已经满足C语言的规定了,已经合格了,没有问题

二、memmove的使用和模拟实现

   memmove函数相当于时memcpy函数的进阶版,它不仅可以实现C语言规定的memcpy函数的功能,处理没有内存重叠的情况,还能处理存在内存重叠的情况,使用它也需要包含头文件string.h
   我们来看看memmove的原型:

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

   可以看到和memcpy的原型长得一模一样,它们参数的含义和返回值都相同,这样就不再赘述
   我们可以总结一下它们的不同:

  • 和memcpy的差别就是memmove函数处理的源内存块和⽬标内存块是可以重叠的
  • 如果源空间和⽬标空间出现重叠,就得使⽤memmove函数处理

   接着我们首先来测试一下memmove能否实现memcpy的功能,如下图:
在这里插入图片描述
   很明显我们看到memmove成功实现了,接着我们继续用memmove测试,让它替我们处理内存重叠的情况,如下:
在这里插入图片描述
   可以看到memmove完美替我们解决了问题,我们接下来就来学习它的模拟实现:

  1. 函数命名:my_memmove
  2. 函数参数:
void* my_memmove ( void* dest, const void* src, size_t num )
  1. 函数实现:
    (1)老规矩,对dest和src断言,确保它们不是空指针
    (2)然后创建一个变量start用来存储dest的值,用于最后的返回
    (3)我们来想想怎么解决内存重叠的情况,根据之前的尝试,我们知道,根据memcpy那样实现肯定不行,而memcpy实现时我们采用的是从前往后拷贝,我们可以来尝试一下从后往前拷贝
    (4)我们可以画一个图试试,如下:
    在这里插入图片描述
    很明显看到居然成功了,说明这种情况从后往前进行拷贝是可以的,那么是不是所有情况都可以这样呢?我们接着继续讨论
    (5)我们将上面的源空间和目标空间交换试一试:
    在这里插入图片描述
    这里就发现问题了,再想从后往前拷贝一个整型时,我们发现5和6都已经被覆盖了,无法得到了正确结果,所以光从后往前拷贝是行不通的
    (6)经过简单的思考,我们可以发现在上图的情况下,从前往后进行拷贝居然又可以了,问题就在于我们如何判断什么时候从前往后拷贝,什么时候从后往前拷贝
    (7)我们可以根据dest和src的位置判断,当目标空间首地址dest在源空间首地址src前时,就是分析的第(5)点中,我们从前往后拷贝,当目标空间首地址dest在源空间首地址src后面时,也就是分析第(4)点中,我们从后往前拷贝
    (8)我们之前说过,数组的空间是连续的,并且随着下标的增大,地址也是逐渐增大的,所以我们可以发现当dest>src,就正常从前往后拷贝,当dest<src时,就从后往前拷贝
    (9)从前往后拷贝我们之前在memcpy讲过,就不再赘述了,如下:
	if (dest < src)
	{
		while (num--)
		{
			*(char*)dest = *(char*)src;
			dest = (char*)dest + 1;
			src = (char*)src + 1;
		}
	}

(10)主要是要解决从后往后拷贝的问题,关键就在于找到dest和src空间的末尾地址,方法也很巧妙,我们可以根据while(num–),当第一次进入循环num就已经-1了,这时我们让dest和src加上num,就可以得到dest和src空间的末尾地址,这时就把src指向的内容赋值给dest指向的内容,然后随着下一次num–,dest和src加上num就跟着改变了,依次类推就可以实现从后往前拷贝,如下:

	else
	{
		while (num--)
		{
			*((char*)dest + num) = *((char*)src + num);
		}
  1. 函数代码:
#include <assert.h>

void* my_memmove(void* dest, const void* src, size_t num)
{
	assert(dest && src);
	void* start = dest;
	if (dest < src)
	{
		while (num--)
		{
			*(char*)dest = *(char*)src;
			dest = (char*)dest + 1;
			src = (char*)src + 1;
		}
	}
	else
	{
		while (num--)
		{
			*((char*)dest + num) = *((char*)src + num);
		}
	}
	return start;
}
  1. 函数测试:
    在这里插入图片描述   可以看到确实实现memmove的功能了

三、memset的使用

   顾名思义,memset就是设置内存,它的作用就是一次性将num个字节全部置为某个值,使用它需要包含头文件string.h,我们来看看它的原型:

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

   它的第一个参数就是要设置的数组的首元素地址,第二个参数是要设置的值,第三个参数就是要设置多少个字节
   我们要注意的是第二个参数是int类型的,所以一般不会用在浮点型当中,可以用在整型和字符型,因为字符型本质上存储的是ascll码值,也相当于整型
   所以当数组是整型数组和字符数组时,可以通过这个函数来设置它们的值
   我们首先测试一下整型数组,将所有数组的元素设置为0,如图:
在这里插入图片描述
   使用起来是不是特别方便呢?一般会用在竞赛或者项目中,需要多组输入之类的,使用完一个数组,需要把它的元素都置为0
   接下来我们想想,能不能使用这个函数将数组中的所有元素更改为1,如图:
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   可以看到失败了,这是为什么呢?这是因为memset设置的单位是字节,而整型有4个字节,每一个字节都设置为1,这个数就很大了,我们来看看内存窗口,如图:
在这里插入图片描述
   接下来我们再来测试将字符数组全部弄成字符’x’,如图:
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   可以看到,memset连带着\0和空格都改成了字符x,当然,如果不想\0被改掉,在写最后一个参数时可以-1
   到这里我们就讲完了memset,至于它的模拟实现,可以自行去实现,因为比较简单,只需要一个字节一个字节将对应的内容改成给出的数据即可,这里就不再赘述

四、memcmp的使用

   它跟我们学习过的strncmp有点像,strncmp可以根据给出的字节数来比较字符串的大小,而memcmp是根据给出的字节数来比较各种类型的数据的大小,使用它需要包含头文件string.h,接下来我们来看看它的原型:

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

   可以看到它和strncmp的参数一模一样,第一个参数是要比较的内容的首地址,第二个也是如此,第三个参数用来指定要比较的字节的个数,而返回值也和strncmp的规则一样,前一个大就返回大于0的数,后一个大返回小于0的数,相等则返回0
   接下来我们就用它来比较一下整型数组,如下:

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

int main()
{
	int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int arr2[] = { 1,2,3,3 };
	int ret = memcmp(arr1, arr2, 4 * sizeof(int));
	printf("经过4个整型的比较:");
	if (ret > 0)
		printf("arr1更大\n");
	else if (ret < 0)
		printf("arr2更大\n");
	else
		printf("arr1和arr2相等\n");
	return 0;
}

运行结果:
在这里插入图片描述
   在比较时,还需要注意一点,就是设置的要比较的字节数要有意义,比如arr2现在只有4个整型数据,如果要比较5个整型数据,也就是20个字节,就会读取到无效数据,所以最好保证字节数有意义
   那么它能否比较字符串呢?我们可以来测试一下:
在这里插入图片描述
   可以看到memcmp也可以比较字符串,至于memcmp的模拟实现可以自行完成,也是一个一个字节去比较,这里就不再赘述了
   我们的内存函数讲解就到这里结束了,如果有什么不懂的,欢迎在评论区提问

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