C语言之C语言的底层操作
C语言的内存模型基本上对应了现在von Neumann（冯·诺伊曼）计算机的实际存储模型，很好的达到了对机器的映射，这是C/C++适合做底层开发的主要原因，另外，C语言适合做底层开发还有另外一个原因，那就是C语言对底层操作做了很多的的支持，提供了很多比较底层的功能。
下面结合问题分别进行阐述。
问题：移位操作
在运用移位操作符时，有两个问题必须要清楚：
(1)、在右移操作中，腾空位是填 0 还是符号位；
(2)、什么数可以作移位的位数。
答案与分析：
">>"和"<<"是指将变量中的每一位向右或向左移动, 其通常形式为:
右移: 变量名>>移位的位数
左移: 变量名<<移位的位数
经过移位后, 一端的位被"挤掉",而另一端空出的位以0 填补,在C语言中的移位不是循环移动的。
(1) 第一个问题的答案很简单，但要根据不同的情况而定。如果被移位的是无符号数，则填 0 。如果是有符号数，那么可能填 0 或符号位。如果你想解决右移操作中腾空位的填充问题，就把变量声明为无符号型，这样腾空位会被置 0。
(2) 第二个问题的答案也很简单：如果移动 n 位，那么移位的位数要不小于 0 ，并且一定要小于 n 。这样就不会在一次操作中把所有数据都移走。
比如，如果整型数据占 32 位，n 是一整型数据，则 n << 31 和 n << 0 都合法，而 n << 32 和 n << -1 都不合法。
注意即使腾空位填符号位，有符号整数的右移也不相当与除以 。为了证明这一点，我们可以想一下 -1 >> 1 不可能为 0 。
问题：位段结构
struct RPR_ATD_TLV_HEADER
{
ULONG res1:6;
ULONG type:10;
ULONG res1:6;
ULONG length:10;
};
位段结构是一种特殊的结构, 在需按位访问一个字节或字的多个位时, 位结构比按位运算符更加方便。
位结构定义的一般形式为:
struct位结构名{
数据类型 变量名: 整型常数;
数据类型 变量名: 整型常数;
} 位结构变量;
其中: 整型常数必须是非负的整数, 范围是0~15, 表示二进制位的个数, 即表示有多少位。
变量名是选择项, 可以不命名, 这样规定是为了排列需要。
例如: 下面定义了一个位结构。
struct{
unsigned incon: 8; /*incon占用低字节的0~7共8位*/
unsigned txcolor: 4;/*txcolor占用高字节的0~3位共4位*/
unsigned bgcolor: 3;/*bgcolor占用高字节的4~6位共3位*/
unsigned blink: 1; /*blink占用高字节的第7位*/
}ch;
位结构成员的访问与结构成员的访问相同。
例如: 访问上例位结构中的bgcolor成员可写成:
ch.bgcolor
位结构成员可以与其它结构成员一起使用。 按位访问与设置，方便&节省
例如:
struct info{
char name[8];
int age;
struct addr address;
float pay;
unsigned state: 1;
unsigned pay: 1;
}workers;‘
上例的结构定义了关于一个工从的信息。其中有两个位结构成员, 每个位结构成员只有一位, 因此只占一个字节但保存了两个信息, 该字节中第一位表示工人的状态, 第二位表示工资是否已发放。由此可见使用位结构可以节省存贮空间。
注意不要超过值限制
问题：字节对齐
我在使用VC编程的过程中，有一次调用DLL中定义的结构时，发觉结构都乱掉了，完全不能读取正确的值，后来发现这是因为DLL和调用程序使用的字节对齐选项不同，那么我想问一下，字节对齐究竟是怎么一回事？
答案与分析：
关于字节对齐：
1、 当不同的结构使用不同的字节对齐定义时，可能导致它们之间交互变得很困难。
2、 在跨CPU进行通信时，可以使用字节对齐来保证唯一性，诸如通讯协议、写驱动程序时候寄存器的结构等。
三种对齐方式：
1、 自然对齐方式（Natural Alignment）：与该数据类型的大小相等。
2、 指定对齐方式 ：
#pragma pack(8) //指定Align为 8；
#pragma pack() //恢复到原先值
3、 实际对齐方式：
Actual Align = min ( Order Align, Natual Align )
对于复杂数据类型（比如结构等）：实际对齐方式是其成员最大的实际对齐方式：
Actual Align = max( Actual align1,2,3，…)
编译器的填充规律：
1、 成员为成员Actual Align的整数倍，在前面加Padding。
成员Actual Align = min( 结构Actual Align，设定对齐方式)
2、 结构为结构Actual Align的整数倍，在后面加Padding.
例子分析：
#pragma pack(8) //指定Align为 8
struct STest1
{
char ch1;
long lo1;
char ch2;
} test1;
#pragma pack()
现在
Align of STest1 = 4 , sizeof STest1 = 12 ( 4 * 3 )
test1在内存中的排列如下（ FF 为 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为 2
struct STest2
{
char ch3;
STest1 test;
} test2;
#pragma pack()
现在 Align of STest1 = 2, Align of STest2 = 2 , sizeof STest2 = 14 ( 7 * 2 )
test2在内存中的排列如下：
00 -- -- -- 04 -- -- -- 08 -- -- -- 12 -- -- --
02 FF 01 FF FF FF 01 01 01 01 01 FF FF FF
ch3 ch1 -- lo1 -- ch2
注意事项：
1、 这样一来，编译器无法为特定平台做优化，如果效率非常重要，就尽量不要使用#pragma pack，如果必须使用，也最好仅在需要的地方进行设置。
2、 需要加pack的地方一定要在定义结构的头文件中加，不要依赖命令行选项，因为如果很多人使用该头文件，并不是每个人都知道应该pack。这特别表现在为别人开发库文件时，如果一个库函数使用了struct作为其参数，当调用者与库文件开发者使用不同的pack时，就会造成错误，而且该类错误很不好查。
3、 在VC及BC提供的头文件中，除了能正好对齐在四字节上的结构外，都加了pack，否则我们编的Windows程序哪一个也不会正常运行。
4、 在 #pragma pack(n) 后一定不要include其他头文件，若包含的头文件中改变了align值，将产生非预期结果。
5、 不要多人同时定义一个数据结构。这样可以保证一致的pack值。
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