C理解(一):内存与位操作

本文主要探讨C语言的内存和为操作操作相关知识。

冯诺依曼结构和哈佛结构
        冯诺依曼结构:数据和代码放在一起,便于读取和修改,安全性低
        哈佛结构是:数据和代码分开存放,安全性高,读取和修麻烦

内存
        内存是用来存储全局变量、局部变量等变量
        操作系统把内存分成4kb页面以为单位来管理

        页面内以字节为单位通过管理接口(API)管理内存

内存属性
        内存属性:地址和空间
        空间:内存单元大小
        地址:内存条上的实际位置(物理地址)和逻辑地址(地址编号)一一对应
        内存单元类似方格,方格的位置为物理地址,方格的编号为逻辑地址,方格的空间为内存单元空间大小

内存和数据类型
        int类型与CPU数据位宽相同,32位的CPU的位宽是32位,int类型为32位,占4字节
        数据类型表示内存单元长度和解析方式
        int读取过程中,从起始处读取4个字节单元,再int的方式解析读取的内容

内存对齐
        内存对其访问效率高
        int类型变量对齐与非对齐
            对齐:    0 1 2 3    
            非对齐: 1 2 3 4    

变量访问内存
        int a;编译器申请int类型内存内存单元,把a和内存单元绑定
        a = 5;内存单元空间中写入5
        a += 4; 编译器先读a值再加4,最后重写写入到内存单元。


指针间接访问内存
        int a;int *p;
        a和p代表内存地址,内存地址长度和解析方法不同
        a为int型,长度是4字节,解析方式是int
        p是int *类型,长度是4字节,解析方法是int *

数组访问内存
        int b[10];
        编译器分配40个字节长度给b,首元素地址和b绑定
        每个元素类型都是int,长度是4字节
        第一个字节地址为首地址,首元素a[0]地址为首地址

(stack)
自动分配和回收内存
内存空间可反复使用
内存使用完不会清理,使用前需初始化
操作系统固定了栈大小,变量定义防止栈溢出
栈变量指针空间是临时的,同一变量每次初始化使用的是不同的内存地址空间
  
(heap)
堆管理内存分配灵活,按需分配
内存按需申请使用,使用完释放
内存空间可反复使用
内存使用完不会清理,使用前需初始化

内存申请
                void *malloc(size_t size);
                void *calloc(size_t nmemb, size_t size);  // nmemb个单元,每个单元size字节
                void *realloc(void *ptr, size_t size);    // 改变原来申请的空间的大小的
                malloc用来申请内存,返回void *类型指针,malloc返回申请内存空间首地址,失败返回NULL
                malloc只分配内存空间,空间存储的数据类型不做定义

代码段:程序中可执行部分
数据段(数据区、静态数据区、静态区):初始化为非零的全局变量,静态局部变量
bss段(ZI段):初始化为0或未初始化的全局变量

特殊数据
char *p = "linux";字符串分配在代码段,是常量不是变量
单片机编译过程中将const修饰变量放在代码段实现不能修改
gcc编译器将const修饰的变量放在数据段,只是默认不可修改,实际可通过地址访问修改

(32位操作系统)
位(1bit) 
字节(8bit) 
半字(16bit)  
字(32bit)

位操作
位操作:与& 或| 取反~ 异或^ 左移<< 右移>>
位清0 : & 0
位置1 : | 1
位取反 : ^ 1
特定位设置
#define SET_NTH_BIT(x, n)  (x | ((1U)<<(n-1)))
特定位清除
#define CLEAR_NTH_BIT(x, n) (x & ~((1U)<<(n-1)))
截取特定位
#define GETBITS(x, n, m) ((x & ~(~(0U)<<(m-n+1))<<(n-1)) >> (n-1))

demo:
        位清除,设置,截取练习

#include <stdio.h>int main()
{int a = 0x8a66;//设置bit3a |= (1<<3);printf("bit3 set :%x\n",a);//设置bit3 ~ bit8a |= (0x1f << 3);printf("bit3-8 set :%x\n",a);//清除bit5a  &= ~(1 << 5);printf("bit5 clear :%x\n",a);//清除bit6 ~ bit12a &= ~(0x3f << 6);printf("bit6-12 clear :%x\n",a);//设置bit9 ~ bit14为9a &= ~(0x1f << 9);a |= (12 << 9);printf("set 12 in bit9-14 :%x\n",a);//bit6 ~ bit12 加9,bit4 ~ bit7 加7int tmp = ((a & (0x3f << 6)) >> 6) + 9;a = (a & ~(0x3f << 6)) | (tmp << 6);tmp = ((a & (0xf << 1)) >> 1 ) + 7;a = (a & ~(0xf << 1)) | (tmp << 1);printf("bit6-12 + 9 and bit1-4 +7 :%x\n",a);return 0;
}

结果示例:

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