C语言 2024 年 11 月 21 日

[C/CPP] memcpy()的一个使用问题

使用memcpy()将字符数组的前几个元素, 拷贝到一个整型变量中时, 发现了一个问题...

C语言中, memcpy()可以用来按字节大小将数据拷贝到另外一个变量中, 不过一般情况下都是在相同类型之间拷贝

不过, 今天使用的时候, 需要将长度为4的unsigned char数组整合至一个unsigned int变量时, 发现执行结果与预想的结果不一致, 于是就去研究了一下

下面这段代码的执行结果, 可以目测一下是什么:

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

int main() {
	unsigned char array[4] = {0x12, 0x34, 0x56, 0x78};
	unsigned int num = 0;

	memcpy(&num, array, 4);

	printf("0x%X\n", num);

	return 0;
}

执行结果如下:

虽然之前简单地模拟实现过memcpu()函数, 但是第一次看见类似这样的结果时, 愣了一下

反应过来可能是字节序的问题, 又一想unsigned char类型本身只有1字节, 并且数组之间元素相互独立, 所以应该是不受字节序影响的

而且, 如果字符数组之间通过memcpy()进行拷贝, 也不会出现预期不一致的情况:

所以, 应该不仅仅是字节序的问题, 应该还有unsigned char与unsigned int之间的问题

然后, 就思考了一下memcpy()的执行过程

memcpy()是以字节为单位, 将数据 从低地址到高地址逐字节从一个变量中拷贝到另一个变量中 的

在上例中的unsigned char数组中, 从低地址到高地址就是 array+0->array+3, 对应元素array[0]->array[3]

而unsigned int是4字节大小的一个类型, 1个变量就占4个字节, 这样的数据在内存中的存储方式是收到 大小端字节序 影响的

无论大小端字节序, 都是以字节为单位的影响的, 所以只对大小>1字节的数据有影响

小端字节序

一个变量所占的内存地址中, 低地址处用于存储变量的低位字节, 高地址处用于存储变量的高位字节

举个例子:

若存在 int num = 0x12345678 (1是高位, 8是低位)

则, 此变量在内存中占用4字节的空间, 以字节为单位, 假设首地址为0x0000, 那么末地址该是0x0003

那么, 若使用小端字节序存储数据, 从低地址到高地址, 存储的数据该为:

地址存储数据
0x0000 0x78
0x0001 0x56
0x0002 0x34
0x0003 0x12

因为 低地址存储低位字节, 高地址存储高位字节

大端字节序

大端字节序的存储方式, 与小端字节序相反

在大端字节序中, 一个变量所占的内存地址, 低地址处用于存储变量的高位字节, 高地址处用于存储变量的低位字节

以相同的数据举个例子:

若存在 int num = 0x12345678 (1是高位, 8是低位)

则, 此变量在内存中占用4字节的空间, 以字节为单位, 假设首地址为0x0000, 那么末地址该是0x0003

那么, 使用大端字节序存储数据, 从低地址到高地址, 存储的数据该为:

地址存储数据
0x0000 0x12
0x0001 0x34
0x0002 0x56
0x0003 0x78

地址	存储数据
`0x0000`	`0x78`
`0x0001`	`0x56`
`0x0002`	`0x34`
`0x0003`	`0x12`

地址	存储数据
`0x0000`	`0x12`
`0x0001`	`0x34`
`0x0002`	`0x56`
`0x0003`	`0x78`

以人的视角来看, 其实大端字节序更符合视觉逻辑

数据是什么, 就用怎样的顺序进行存储

比如0x12345678, 12在左边, 就先用低地址的空间进行存储, 78在右边, 就最后用高地址的空间进行存储

但, 在计算机领域, 还是小端字节序更加常见一些

对unsigned int这样会被字节序影响存储方式的数据类型来说, 关注环境的大小端字节序使用是很重要的

计算机中通常使用小端字节序进行数据存储, 那么对于unsigned int类型来说

低位字节的数据, 就要存储在低地址, 高位字节的数据, 就要存储在高地址

而对于memcpy()来说, 它是从低地址到高地址逐字节进行数据拷贝的, 对它来说传入的数据只需要按照字节序进行拷贝就可以了

所以, 如果使用memcpy()将长度为4的unsigned char array[4]数组数据拷贝到一个unsigned int num变量中

那么, array[0]就是低地址的数据, 该被存储在num的低地址, 也就是最右边, 最低位字节

以此从array[0]到array[3], 从低地址到高地址, 存储在num的低地址到高地址, 实际也就是 最低位字节到最高位字节

最终, 整个拷贝过程完成, 就实现了array[4] = {0x12, 0x34, 0x56, 0x78}拷贝到num结果为0x78563412

如果, 某个平台使用的是大端字节序存储数据, 相信应该不会出现上面的这个现象

OK, 这是今天在使用memcpy()时遇到的一个小问题

文章结束, 感谢阅读~

作者：哈米d1ch 发表日期：2024 年 11 月 21 日