資料來源 http://www.elang.com.cn/info/165-1.htm 水滴石穿C語言之C語言的底層操作 概述 C語言的記憶體模型基本上對應了現在von Neumann（馮·諾伊曼）電腦的實際存儲模型，很好的達到了對機器的映射，這是C/C 適合做底層開發的主要原因，另外，C語言適合做底層開發還有另外一個原因，那就是C語言對底層操作做了很多的的支援，提供了很多比較底層的功能。 下面結合問題分別進行闡述。 問題：移位操作 在運用移位操作符時，有兩個問題必須要清楚： (1)、在右移操作中，騰空位是填 0 還是符號位元； (2)、什麼數可以作移位的位數。 答案與分析： ">>"和"<<"是指將變數中的每一位元向右或向左移動, 其通常形式為: 右移: 變數名>>移位的位數 左移: 變數名<<移位的位數 經過移位後, 一端的位被"擠掉",而另一端空出的位以0 填補,在C語言中的移位元不是迴圈移動的。 (1) 第一個問題的答案很簡單，但要根據不同的情況而定。如果被移位元的是無符號數，則填 0 。如果是有符號數，那麼可能填 0 或符號位元。如果你想解決右移操作中騰空位的填充問題，就把變數聲明為無符號型，這樣騰空位元會被置 0。 (2) 第二個問題的答案也很簡單：如果移動 n 位，那麼移位的位數要不小於 0 ，並且一定要小於 n 。這樣就不會在一次操作中把所有資料都移走。 比如，如果整型資料占 32 位元，n 是一整型數據，則 n << 31 和 n << 0 都合法，而 n << 32 和 n << -1 都不合法。 注意即使騰空位元填符號位元，有符號整數的右移也不相當與除以 。為了證明這一點，我們可以想一下 -1 >> 1 不可能為 0 。 問題：位元段結構 struct RPR_ATD_TLV_HEADER { ULONG res1:6; ULONG type:10; ULONG res1:6; ULONG length:10; }; 位元段結構是一種特殊的結構, 在需按位元訪問一個位元組或字的多個位時, 位元結構比按位元運算符更加方便。 位元結構定義的一般形式為: struct位元結構名{ 資料類型 變數名: 整型常數; 資料類型 變數名: 整型常數; } 位元結構變數; 其中: 整型常數必須是非負的整數, 範圍是0~15, 表示二進位位元的個數, 即表示有多少位。 變數名是選擇項, 可以不命名, 這樣規定是為了排列需要。 例如: 下面定義了一個位結構。 struct{ unsigned incon: 8; /*incon佔用低位元組的0~7共8位*/ unsigned txcolor: 4;/*txcolor佔用高位元組的0~3位元共4位*/ unsigned bgcolor: 3;/*bgcolor佔用高位元組的4~6位元共3位*/ unsigned blink: 1; /*blink佔用高位元組的第7位元*/ }ch; 位元結構成員的訪問與結構成員的訪問相同。 例如: 訪問上例位元結構中的bgcolor成員可寫成: ch.bgcolor 位元結構成員可以與其他結構成員一起使用。 按位訪問與設置，方便&節省 例如: struct info{ char name[8]; int age; struct addr address; float pay; unsigned state: 1; unsigned pay: 1; }workers; 上例的結構定義了關於一個工從的資訊。其中有兩個位結構成員, 每個位元結構成員只有一位元, 因此只占一個位元組但保存了兩個資訊, 該位元組中第一位表示工人的狀態, 第二位元表示工資是否已發放。由此可見使用位元結構可以節省存貯空間。 注意不要超過值限制 問題：位元組對齊 我在使用VC編程的過程中，有一次調用DLL中定義的結構時，發覺結構都亂掉了，完全不能讀取正確的值，後來發現這是因為DLL和調用程式使用的位元組對齊選項不同，那麼我想問一下，位元組對齊究竟是怎麼一回事？ 答案與分析： 關於位元組對齊： 1、 當不同的結構使用不同的位元組對齊定義時，可能導致它們之間交互變得很困難。 2、 在跨CPU進行通信時，可以使用位元組對齊來保證唯一性，諸如通訊協定、寫驅動程式時候寄存器的結構等。 三種對齊方式： 1、 自然對齊方式（Natural Alignment）：與該資料類型的大小相等。 2、 指定對齊方式 ： #pragma pack(8) //指定Align為 8； #pragma pack() //恢復到原先值 3、 實際對齊方式： Actual Align = min ( Order Align, Natual Align ) 對於複雜資料類型（比如結構等）：實際對齊方式是其成員最大的實際對齊方式： Actual Align = max( Actual align1,2,3，…) 編譯器的填充規律： 1、 成員為成員Actual Align的整數倍，在前面加Padding。 成員Actual Align = min( 結構Actual Align，設定對齊方式) 2、 結構為結構Actual Align的整數倍，在後面加Padding. 例子分析： #pragma pack(8) //指定Align為 8 struct STest1 { char ch1; long lo1; char ch2; } test1; #pragma pack() 現在 Align of STest1 = 4 , sizeof STest1 = 12 ( 4 * 3 ) test1在記憶體中的排列如下（ FF 為 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為 2 struct STest2 { char ch3; STest1 test; } test2; #pragma pack() 現在 Align of STest1 = 2, Align of STest2 = 2 , sizeof STest2 = 14 ( 7 * 2 ) test2在記憶體中的排列如下： 00 -- -- -- 04 -- -- -- 08 -- -- -- 12 -- -- -- 02 FF 01 FF FF FF 01 01 01 01 01 FF FF FF ch3 ch1 -- lo1 -- ch2 注意事項： 1、 這樣一來，編譯器無法為特定平臺做優化，如果效率非常重要，就儘量不要使用#pragma pack，如果必須使用，也最好僅在需要的地方進行設置。 2、 需要加pack的地方一定要在定義結構的頭檔中加，不要依賴命令行選項，因為如果很多人使用該頭檔，並不是每個人都知道應該pack。這特別表現在為別人開發庫檔時，如果一個庫函數使用了struct作為其參數，當調用者與庫檔開發者使用不同的pack時，就會造成錯誤，而且該類錯誤很不好查。 3、 在VC及BC提供的頭檔中，除了能正好對齊在四位元組上的結構外，都加了pack，否則我們編的Windows程式哪一個也不會正常運行。 4、 在 #pragma pack(n) 後一定不要include其他頭檔，若包含的頭檔中改變了align值，將產生非預期結果。 5、 不要多人同時定義一個資料結構。這樣可以保證一致的pack值。 問題：按位運算符 C語言和其他高階語言不同的是它完全支持按位運算符。這與組合語言的位操作有些相似。 C中按位運算符列出如下: ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 操作符 作用 ──────────────────────────── & 位元邏輯與 | 位元邏輯或 ^ 位元邏輯異或 - 位元邏輯反 >> 右移 << 左移 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 注意： 1、 按位元運算是對位元組或字中的實際位元進行檢測、設置或移位, 它只適用於字元型和整數型變數以及它們的變體, 對其他資料類型不適用。 2、 關係運算和邏輯運算運算式的結果只能是1或0。 而按位運算的結果可以取0或1以外的值。 要注意區別按位元運算符和邏輯運算符的不同, 例如, 若x=7, 則x&&8 的值為真(兩個非零值相與仍為非零), 而x&8的值為0。 3、 | 與 ||，&與&&，~與! 的關係 &、| 和 ~ 操作符把它們的運算元當作一個為序列，按位單獨進行操作。比如：10 & 12 = 8，這是因為"&"操作符把 10 和 12 當作二進位描述 1010 和 1100 ，所以只有當兩個運算元的相同位同時為 1 時，產生的結果中相應位才為 1 。同理，10 | 12 = 14 ( 1110 )，通過補數運算，~10 = -11 ( 11...110101 )。<以多少為一個位序列> &&、|| 和！操作符把它們的運算元當作"真"或"假"，並且用 0 代表"假"，任何非 0 值被認為是"真"。它們返回 1 代表"真"，0 代表"假"，對於"&&"和"||"操作符，如果左側的運算元的值就可以決定運算式的值，它們根本就不去計算右側的運算元。所以，!10 是 0 ，因為 10 非 0 ；10 && 12 是 1 ，因為 10 和 12 均非 0 ；10 || 12也是 1 ，因為 10 非 0 。並且，在最後一個運算式中，12 根本就沒被計算，在運算式 10 || f( ) 中也是如此。