1.程序中內(nèi)存從哪里來

1.1、程序執(zhí)行需要內(nèi)存支持

對程序來說却盘，內(nèi)存就是程序的立足之地（程序是被放在內(nèi)存中運行的）夸研；程序運行時需要內(nèi)存來存儲一些臨時變量邦蜜。

1.2、內(nèi)存管理最終是由操作系統(tǒng)完成的

（1）內(nèi)存本身在物理上是一個硬件期間亥至，由硬件系統(tǒng)提供悼沈；
（2）內(nèi)存是由操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理的贱迟，為了內(nèi)存管理方便又合理，操作系統(tǒng)提供了多種機制來讓我們應用程序使用內(nèi)存絮供。這些機制彼此不同衣吠，各自有各自的特點，我們程序根據(jù)自己的實際情況來選擇某種方式獲取內(nèi)存（在操作系統(tǒng)處登記這塊內(nèi)存的臨時使用權(quán)限）壤靶，使用內(nèi)存缚俏、釋放內(nèi)存（向操作系統(tǒng)歸還這塊內(nèi)存的使用權(quán)限）。

1.3贮乳、三種內(nèi)存來源：棧（stack）忧换、堆（heap）、數(shù)據(jù)區(qū)（.data）

在一個C語言程序中向拆，能夠獲取的內(nèi)存就是三種情況：棧（stack）包雀、堆（heap）、數(shù)據(jù)區(qū)（.data）亲铡。

1.4、棧的詳解

（1）運行時自動分配&自動回收：棧是自動管理的葡兑，程序員不需要手工干預奖蔓、方便簡單。
（2）反復使用：棧內(nèi)存在程序中其實就是那一塊空間讹堤，程序反復使用這一塊空間吆鹤。
（3）臟內(nèi)存：棧內(nèi)存由于反復使用，每次使用后程序不會去清理洲守，因此分配到時保留原來的值疑务，所以說是隨機的。
（4）臨時性：函數(shù)不能返回棧變量的指針梗醇，因為這個空間是臨時的知允。
（5）棧會溢出：因為操作系統(tǒng)實現(xiàn)給定了棧的大小，如果在函數(shù)中無窮無盡的分配棧內(nèi)存總能用完叙谨。

1.5温鸽、堆內(nèi)存詳解

（1）操作系統(tǒng)堆管理器管理：堆管理是操作系統(tǒng)的一個模塊，堆管理分配靈活手负，按需分配涤垫。
（2）大塊內(nèi)存：堆內(nèi)存管理著總量很大的操作系統(tǒng)內(nèi)存塊，各進程可以按需申請使用竟终，使用完釋放蝠猬。
（3）程序手動申請&釋放：手動的意思是需要寫代碼去申請malloc賀師傅free。
（4）臟內(nèi)存：堆內(nèi)存也是反復使用的统捶，而且使用者用完釋放前不會清除榆芦，因此也是臟的柄粹。
（5）臨時性：堆內(nèi)存只在malloc和free之間屬于我這個進程，而可以訪問歧杏。在malloc之前和free之后都不能再訪問镰惦，否則會有錯誤。

1.6犬绒、堆內(nèi)存范例

int main(void)
{
    // 需要一個1000個int類型元素的數(shù)組旺入，申請與綁定
    int *p = (int *)malloc(1000*sizeof(int));
    if (NULL == p)
    {
        printf("malloc error.\n");
        return -1;      
    }
    return 0;
}

（1）void *是個指針類型，malloc返回的是一個void *類型的指針，實質(zhì)上malloc返回的是堆管理器分配給我本次申請的那段內(nèi)存空間的首地址（malloc返回的值其實是個數(shù)字苦酱，這個數(shù)字表示一個內(nèi)存的地址）笼吟。為什么要用void *作為類型呢？
主要原因是malloc幫我們分配內(nèi)存時只是分配了內(nèi)存空間拗秘，至于這段內(nèi)存空間將來用來存儲什么類型的元素malloc是不關(guān)心的，由我們程序自己來決定祈惶。
（2）什么是void類型雕旨？早起被翻譯成空型，這個翻譯非常不好捧请，會誤導人凡涩。void類型不表示沒有類型，而表示任意類型疹蛉。void的意思就是說這個數(shù)據(jù)的類型當前是不確定的活箕，在需要的時候可以再去指定它的具體類型，如(int *)malloc(1000*sizeof(int));可款，void *類型是一個指針類型育韩，這個指針本身占4字節(jié)，但是指針指向的類型是不確定的闺鲸，換句話說筋讨，這個指針在需要的時候可以被強制轉(zhuǎn)化成其他任何一種確定類型的指針，也就是說這個指針可以指向任何類型的元素翠拣。
（3）malloc的返回值：成功申請空間后返回這個內(nèi)存空間的指針版仔，申請失敗后返回的是NULL。所以malloc獲取的內(nèi)存指針使用前一定要先檢查是否為NULL误墓。
（4）malloc申請的內(nèi)存用完后要釋放蛮粮，free(q);會告訴堆管理器這段內(nèi)存我用完了你可以回收了。堆管理器回收了這段內(nèi)存后這段內(nèi)存當前進程就不應該再使用了谜慌。（雖然還能使用然想，但隨時被堆管理器分配給別的進程）因為釋放后堆管理器就可能把這段內(nèi)存再次分配給其他進程，所以你就不能再使用了欣范。
（5）在調(diào)用free歸還這段內(nèi)存之前变泄，指向這段內(nèi)存的指針p一定不能丟（也就是不能給p另外賦值）令哟，因為p一旦丟失這段malloc來的內(nèi)存就再也找不回了（內(nèi)存泄露），直到當前程序結(jié)束時操作系統(tǒng)才會回收這段內(nèi)存妨蛹。

1.7屏富、malloc的一些細節(jié)

（1）malloc(4)
gcc中的malloc默認最小是以16B為分配單位的，如果malloc小于16B的大小時都會返回一個16字節(jié)大小的內(nèi)存蛙卤。malloc實現(xiàn)時沒有實現(xiàn)任意自己的分配而是允許一些大小的塊內(nèi)存的分配狠半。
（2）malloc(20)
去訪問超限的第25、250颤难、2000會怎樣神年？
實驗后：120字節(jié)處正確，1200字節(jié)處正確行嗤，終于繼續(xù)往后訪問總有一個數(shù)字處開始發(fā)生段錯誤已日，超出了堆內(nèi)存區(qū)。

1.8栅屏、代碼段飘千、數(shù)據(jù)段、bss段

（1）編譯器在編譯程序的時候栈雳，將程序中的所有元素分成了一些組成部分占婉，各部分構(gòu)成一個段，所以說段是可執(zhí)行程序的組成部分甫恩。
（2）代碼段：代碼段就是程序中的可執(zhí)行部分，直觀理解代碼段就是函數(shù)堆疊組成的酌予。
（3）數(shù)據(jù)段（也稱為數(shù)據(jù)區(qū)磺箕、靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)、靜態(tài)區(qū)）：數(shù)據(jù)段就是程序中的數(shù)據(jù)抛虫，直觀理解就是C語言程序中的全局變量松靡。（注意：全局變量才算是程序的數(shù)據(jù)，局部變量不算程序的數(shù)據(jù)建椰，只能算是函數(shù)的數(shù)據(jù)）雕欺。
（4）bss段（又叫ZI，zero initial段）：bss段的特點就是初始化為0棉姐，bss段本質(zhì)上也屬于數(shù)據(jù)段屠列，bss段就是初始化為0的數(shù)據(jù)段。
（5）注意區(qū)分：
數(shù)據(jù)段（.data）和bss段的區(qū)別和聯(lián)系：
二者本來沒有任何區(qū)別伞矩，都是用來存放C語言程序中的全局變量的笛洛。區(qū)別在于把顯式初始化為非零的全局變量存在.data段中，而把顯示初始化為0或者未顯示初始化的全局變量存在bss段乃坤。（C語言規(guī)定苛让，未顯式初始化的全局變量值默認為0）

1.9沟蔑、有些特殊數(shù)據(jù)會被放到代碼段

（1）C語言中使用const char *p = "Linux";，定義字符串時狱杰，字符串"Linux"實際被分配在代碼段瘦材，也就是說這個"Linux"字符串實際上是一個常量字符串而不是變量字符串。
（2）const型常量：C語言中const關(guān)鍵字用來定義常量仿畸，常量就是不能被改變的量食棕。const的實現(xiàn)方法至少有2種：第一種，就是編譯將const修飾的變量放在代碼段去以實現(xiàn)不能修改（普遍見于各種單片機的編譯器）颁湖；第二種宣蠕，就是由編譯器來檢查以確保const型的常量不會被修改，實際上const型的常量還是和普通變量一樣放在數(shù)據(jù)段的（gcc中就是這樣實現(xiàn)的）甥捺。

1.10抢蚀、顯式初始化為非零的全局變量和靜態(tài)局部變量放在數(shù)據(jù)段

放在.data段的變量有兩種:
第一種，是顯式初始化為非零的全局變量镰禾；
第二種皿曲，是靜態(tài)局部變量，也就是static修飾的局部變量吴侦。
普通局部變量分配在棧上屋休，靜態(tài)局部變量分配在.data段上。

1.11备韧、未初始化或顯式初始化為0的全局變量放在bss段

bss段和.data段并沒有本質(zhì)區(qū)別劫樟，幾乎可以不用明確去區(qū)分這兩種。

1.12织堂、總結(jié)：C語言中所有變量和常量所使用的內(nèi)存無非以上三種

（1）相同點：三種獲取內(nèi)存的方法叠艳，都可以給程序提供可用內(nèi)存，都可以來定義變量給程序用易阳。
（2）不同點：①棧內(nèi)存對應C中的普通局部變量（別的變量還用不了棧附较，而且棧是自動的，由編譯器和運行時環(huán)境共同提供服務潦俺，程序員五福手動控制）拒课；②堆內(nèi)存完全是獨立于我們的程序存在和管理的，程序需要內(nèi)存時可以去手動申請malloc事示，使用完成后必須盡快free釋放（堆內(nèi)存對程序就好像圖書館對人）早像。③數(shù)據(jù)段對應用程序來說對應C程序中的全局變量和靜態(tài)局部變量。
（3）①函數(shù)內(nèi)部臨時使用肖爵，除了函數(shù)不會用到扎酷，就定義局部變量；
②堆內(nèi)存和數(shù)據(jù)段幾乎擁有完全相同的屬性遏匆，大部分時候是可以完全替換的法挨，但是生命周期不一谁榜，堆內(nèi)存的生命周期是從malloc開始到free結(jié)束，而全局變量是從整個程序一開始執(zhí)行就開始凡纳，直到整個程序才會消滅窃植，伴隨程序運行的一生。
③啟示：如果你這個變量只是在程序的一個階段有用荐糜，用完就不用了巷怜，就適合用堆內(nèi)存；如果這個變量本身和程序 的一生相伴的暴氏，那就適合用全局變量延塑。（堆內(nèi)存就好像圖書館借書，數(shù)據(jù)段就好像自己書店買書答渔，堆內(nèi)存的使用比全局變量廣泛）关带。

2.C語言的字符串類型

2.1、C語言沒有原生字符串類型

（1）很多高級語言像JAVA沼撕、C#等就有字符串類型宋雏，有個String來表示字符串，用法和int這些很像务豺，可以String s1 = "Linux";來定義字符串類型的變量磨总。
（2）C語言沒String類型，C語言中的字符串是通過字符指針來間接實現(xiàn)的笼沥。

2.2蚪燕、C語言使用指針來管理字符串

C語言中定義字符串的方法：char *p = "Linux";，此時p就叫做字符串奔浅，但是實際上p只是一個字符指針（本質(zhì)上就是一個指針變量邻薯，只是p指向了一個字符串的起始地址而已）。

2.3乘凸、C語言中字符串的本質(zhì)：指針指向頭、固定尾部的地址相連的一段內(nèi)存

（1）字符串就是一串字符累榜。字符反映在現(xiàn)實中就是文字营勤、符號、數(shù)字等壹罚，人用來表達的字符葛作，反映在編程中就是字符類型的變量。C語言中使用ASCII編碼對字符進行編程猖凛，編碼后可以用char型變量來表示一個字符赂蠢。字符串就是多個字符打包在一起共同組成的。
（2）字符串在內(nèi)存中其實就是多個字節(jié)連續(xù)分布構(gòu)成的（類似于數(shù)組辨泳、字符串和字符數(shù)組）虱岂。
（3）C語言中字符串有3個核心要素：第一是用一個指針指向字符串頭玖院；第二是固定尾部（字符串總是以'\0'來結(jié)尾的）；第三是組成字符串的各字符彼此地址相連第岖。
（4）'\0'是一個ASCII字符难菌，其實就是編碼為0的那個字符（真正的0，和數(shù)字0是不同的蔑滓，數(shù)字0有它自己的ASCII編碼）郊酒。要注意區(qū)分'\0'、'0'和0（0就是'\0','0'就是48）键袱。
（5）'\0'作為一個特殊的數(shù)字被字符串定義為結(jié)束標志燎窘。產(chǎn)生的副作用就是：字符串中無法包含'\0'這個字符。（C語言中不可能包含存在一個'\0'字符的字符串）蹄咖，這個思路就叫“魔數(shù)”褐健。（魔數(shù)就是選出來的一個特殊的數(shù)字，這個數(shù)字表示一個特殊的含義比藻，你的正式內(nèi)容中不能包含這個魔數(shù)）铝量。

2.4、注意：指向字符串的指針和字符串本身是分開的兩個東西

char *p = "Linux";在這段代碼中银亲，p本身是一個字符指針慢叨，''Linux"分配在代碼段，占6個字節(jié)务蝠，實際上總共耗費了10個字節(jié)拍谐，這10個字節(jié)中：4字節(jié)的指針p叫做字符指針（用來指向字符串的，理解為字符串的引子馏段，但是它本身不是字符串）轩拨，5字節(jié)的用來存Linux這5個字符的內(nèi)存才是真正的字符串，最后一個用來存'\0'的內(nèi)存是字符串結(jié)尾標志院喜。

2.5亡蓉、存儲多個字符的2種方式：字符串和字符數(shù)組

我們有多個連續(xù)字符（典型就是Linux這個字符串）需要存儲，實際上有兩種存儲方式：第一種喷舀，字符串砍濒；第二種，字符數(shù)組硫麻。

3.字符串和字符數(shù)組的細節(jié)

3.1爸邢、字符數(shù)組初始化與sizeof、strlen

（1）sizeof是C語言的一個關(guān)鍵字拿愧，也是C語言的一個運算符（sizeof使用時是sizeof(類型或?qū)ο竺?杠河，所以很多人誤以為sizeof是函數(shù)，其實不是），sizeof運算符用來返回一個類型或者是變量所占用的內(nèi)存字節(jié)數(shù)券敌。
為什么需要用sizeof唾戚？
主要原因是：①int、double等原生類型占幾個字節(jié)和平臺有關(guān)陪白；②C語言中除了ADT外還有UDT颈走，這些用戶自定義類型占幾個字節(jié)無法一眼看出，所以用sizeof運算符來讓編譯器幫忙計算咱士。
（2）strlen是一個C語言庫函數(shù)立由，這個庫函數(shù)的原型是：size_t strlen(const char *s)，這個函數(shù)接收一個字符串的指針序厉，返回這個字符串的長度（以字節(jié)為單位）锐膜。注意一點是：strlen返回的字符串長度是不包含字符串結(jié)尾的'\0'的。
為什么需要strlen庫函數(shù)弛房？
因為從字符串的定義（指針指向頭道盏、固定結(jié)尾、中間依次相連）可以看出無法直接得到字符串的長度文捶，需要用strlen函數(shù)來計算得到字符串的長度荷逞。
（3）sizeof(數(shù)組名)得到的永遠是數(shù)組的元素個數(shù)的內(nèi)存大小（也就是數(shù)組的大写馀拧）种远，和數(shù)組中有無初始化，初始化多或少等都是沒有關(guān)系的顽耳；strlen是用來計算字符串的長度的坠敷，只能傳遞合法的字符串進去才有意義，如果隨便傳遞一個字符指針射富，但是這個字符指針并不是指向字符串的膝迎，這樣是沒有意義的。
（4）當我們定義數(shù)組時如果沒有明確給出數(shù)組的大小胰耗，則必須同時給出初始化限次，編譯器會根據(jù)初始化去自動計算數(shù)組的大小（數(shù)組定義時要么給出大小柴灯，要么直接給全部元素卖漫，要么給初始化式）。

3.2弛槐、字符串初始化與sizeof、strlen

（1）char * p = "Linux"; sizeof(p);得到的永遠是4依啰，因為這時候測的是字符指針p本身的長度乎串，和字符串的長度是無關(guān)的。
（2）strlen是轉(zhuǎn)么解決計算字符串的長度的問題的，解決了上一步的問題叹誉。

3.3字符數(shù)組與字符串的本質(zhì)差別（內(nèi)存分配角度）

（1）字符數(shù)組char a[] = "Linux";來說鸯两，定義了一個數(shù)組a，數(shù)組a占6字節(jié)长豁，右值"Linux"本身存儲在.data數(shù)據(jù)段钧唐，"Linux"只是代表一個地址，編譯器將這個地址從.data數(shù)據(jù)段取出"Linux"字符串匠襟，然后初始化字符數(shù)組a后丟掉钝侠，這句就相當于char a[] = {'L', 'i', 'n', 'u', 'x', '\0' };
（2）字符串char *p = "Linux";定義了一個字符指針p，p占4字節(jié)酸舍，分配在棧上帅韧，同時還定義了一個字符串"Linux"，分配在代碼段啃勉，然后把代碼中的字符串（一共占6字節(jié)）的首地址（也就是'L'的地址）賦值給p忽舟。
總結(jié)對比：字符數(shù)組和字符串有本質(zhì)區(qū)別
①字符數(shù)組本身是數(shù)組，數(shù)組自身帶內(nèi)存空間淮阐，可以用來存東西（所以數(shù)組類似于容器）叮阅；
②字符串本身是指針，本身永遠只占4字節(jié)泣特，而且這4字節(jié)還不能用來存有效數(shù)據(jù)浩姥，所以只能把有效數(shù)據(jù)存到別的地方，然后把地址存在p中群扶。
③字符數(shù)組自己存那些字符及刻；字符串一定需要額外的內(nèi)存來存儲那些字符，字符串本身只存真正的那些字符所在的內(nèi)存空間的首地址竞阐。

char b[5];
int main(void)
{
    // 字符串存在棧上
    char a[7];
    char *p = a;
    // 字符串存在數(shù)據(jù)段
    char *p = b;
    // 字符串存在堆空間
    char *p = (char *)malloc(5);  
}

4.C語言結(jié)構(gòu)體概述

4.1缴饭、結(jié)構(gòu)體類型也是一種自定義類型

（1）C語言中的2種類型：原生類型和自定義類型；
（2）結(jié)構(gòu)體使用時先定義結(jié)構(gòu)體再用類型定義變量骆莹；
（3）結(jié)構(gòu)體可以認為是數(shù)組發(fā)展而來的颗搂。其實數(shù)組和結(jié)構(gòu)體都算是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的范疇了，數(shù)組就是最簡單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)幕垦、結(jié)構(gòu)體比數(shù)組更復雜一些丢氢，然后是鏈表、哈希表先改、二叉樹疚察、圖等。

4.2仇奶、結(jié)構(gòu)體變量中的元素如何訪問貌嫡？

（1）數(shù)組中元素的訪問方式：表面上2種方式（數(shù)組下標方式和指針方式）；實質(zhì)上都是指針方式訪問。
（2）結(jié)構(gòu)體變量中的元素訪問方式：只有一種岛抄，用.或者->方式來訪問别惦。用結(jié)構(gòu)體變量來訪問元素用點.，用結(jié)構(gòu)體變量的指針方式來訪問元素用->夫椭。（高級語言中都用點.）

5.結(jié)構(gòu)體的對齊訪問

5.1掸掸、舉例說明什么是結(jié)構(gòu)體對齊訪問

（1）結(jié)構(gòu)體中元素的訪問其實本質(zhì)上還是用指針方式，結(jié)合這個元素再整個結(jié)構(gòu)體中的偏移量和這個元素的類型來進行訪問蹭秋。
（2）一般來說扰付，我用點.的方式來發(fā)訪問結(jié)構(gòu)體元素時，我們是不用考慮結(jié)構(gòu)體的元素對齊的感凤。因為編譯器會幫我們處理這個細節(jié)悯周。但是因為C語言本身是很底層的語言，而且做嵌入式開發(fā)經(jīng)常要從內(nèi)存的角度陪竿，以指針方式來處理結(jié)構(gòu)體及其中的元素禽翼，因此還是需要掌握結(jié)構(gòu)體對齊的規(guī)則。

5.2族跛、結(jié)構(gòu)體為何要對齊訪問

（1）結(jié)構(gòu)體中元素對齊訪問主要原因是為了配合硬件闰挡，對齊排布和訪問會提高效率，否則會大大降低效率礁哄。（空間換時間的例子無處不在）
（2）內(nèi)存本身就是一個物理器件（DDR內(nèi)存芯片长酗，Soc上的DDR控制器，本身有一定的局限性）桐绒；如果內(nèi)存每次訪問時按照4字節(jié)對齊訪問夺脾，那么效率是最高的；如果不對齊訪問效率要低的很多茉继。
（3）還有很多別的因素和原因咧叭，導致我們需要對齊訪問。比如cache的一些緩存特性烁竭，還有其他硬件（比如MMU菲茬、LCD顯示器）的一些內(nèi)存依賴特性，所以會要求內(nèi)存對齊訪問派撕。

5.3婉弹、結(jié)構(gòu)退對齊的規(guī)則和運算

（1）編譯器本身可以設(shè)置內(nèi)存對齊的規(guī)則，需要記字蘸稹：32位編譯器镀赌，一般編譯器默認對齊方式是4字節(jié)。
（2）總結(jié)：結(jié)構(gòu)體對齊的分析要點和關(guān)鍵
①結(jié)構(gòu)體對齊要考慮：結(jié)構(gòu)體整體本身必須安置在4字節(jié)處际跪，結(jié)構(gòu)體對齊后的大小必須是4的倍數(shù)（編譯器設(shè)置為4字節(jié)對齊時商佛，如果編譯器設(shè)置為8字節(jié)對齊蛙粘，則這里的4就變成8）。
②結(jié)構(gòu)體中每個元素本身都必須對其存放威彰，而每個元素都有自己的對齊規(guī)則。
③編譯器考慮結(jié)構(gòu)體存放時穴肘，滿足以上2點要求的最少內(nèi)存需要的排布來算歇盼。

5.4、gcc支持但不推薦的對齊指令：#pragma pack()

（1）#pragma是用來指揮編譯器评抚，或者說設(shè)置編譯器的對齊方式的豹缀。編譯器的默認對齊方式是4，但是有時候我們并不希望對齊方式是4慨代，而希望是別的（比如希望1字節(jié)對齊邢笙，而可能是8，甚至可能是128字節(jié)對齊）侍匙。
（2）常用的設(shè)置編譯器對齊命令有2中：
①第一種氮惯，#pragma pack()，這種就是設(shè)置編譯器1字節(jié)對齊（有些人喜歡講：設(shè)置編譯器不對齊訪問想暗，還有些講：取消編譯器對齊訪問）妇汗；
②第二種，#pragma pack(4)说莫，這個括號的數(shù)組就表示我們希望多少字節(jié)對齊杨箭。

#pragma pack(128)
    // 結(jié)構(gòu)體定義
#pragma pack()

（3）我們需要#pragma pack(n)開頭，以#pragma pack()結(jié)尾储狭，定義一個區(qū)間互婿，這個區(qū)間的對齊參數(shù)就是n。
（4）#pragma pack的方式在很多C語言環(huán)境下都支持辽狈，但gcc雖然也可以但不建議使用慈参。

5.5、gcc推薦的對齊指令attribute((packed))稻艰、attribute((aligned(n)))

（1）attribute((packed))使用時直接放在要進行內(nèi)存對齊的類型定義的后面懂牧，然后它起作用的范圍只有加了這個東西的這個類型。packed的作用 就是取消對齊訪問尊勿。

struct mystruct11
{
    int a;
    char b;
    short c;
}__attribute__((packed));

（2）attribute((aligned(n)))使用時直接放在要進行內(nèi)存對齊的類型定義的后面僧凤，然后它起作用是讓整個結(jié)構(gòu)體變量整體進行n字節(jié) 對齊（注意是結(jié)構(gòu)體變量整體n字節(jié)對齊，而不是結(jié)構(gòu)體內(nèi)各元素要n字節(jié)對齊）元扔。

typedef struct mystruct11
{
    int a;
    char b;
    short c;
}__attribute__((aligned(1024)))  My11;

6.offsetof宏與container_of宏

6.1躯保、由結(jié)構(gòu)體指針進而訪問個元素的原理

通過結(jié)構(gòu)體整體變量來訪問其中各個元素，本質(zhì)上是通過指針方式來訪問的澎语，形式上市通過點.的方式訪問的途事。

6.2验懊、offsetof宏（本人還未完全理解）

（1）offsetof宏的作用：用宏來計算結(jié)構(gòu)體中某個元素和結(jié)構(gòu)體首地址的偏移量（其實質(zhì)是通過編譯器來幫我們計算的）。
（2）offsetof宏的原理：我們虛擬一個type類型結(jié)構(gòu)變量尸变，然后用type.member的方式來訪問哪個member元素义图，繼而得到member相對于整個變量首地址的便宜了了。
（3）學習思路：第一步先學會用offsetof宏召烂，第二步再去理解這個宏的原理碱工。

struct mystruct
{
    char a;
    int b;
    short c;
};
#define offsetof(TYPE.MEMBER)((size_t)&((TYPE *)0)->MEMBER)

int main(void)
{
    int offsetof a = offsetof(struct mystruct, a);
    printf("offsetof a = %d.\n", offsetof a);;
}

(TYPE *)
這是一個強制類型轉(zhuǎn)換，把0地址強制類型轉(zhuǎn)換成一個指針奏夫，這個指針指向一個TYPE類型的結(jié)構(gòu)體變量怕篷。（實際上這個結(jié)構(gòu)體變量可能不存在，只要不去解引用就不會有錯）
((TYPE *)0)->MEMBER
(TYPE *)0是一個TYPE類型結(jié)構(gòu)體變量的指針酗昼，通過指針來訪問這個結(jié)構(gòu)體變量MEMBER元素
&((TYPE *)0)->MEMBER
意義就是得到MEMBER元素的地址廊谓。但是因為整個結(jié)構(gòu)體變量的首地址是0。

6.3麻削、container_of宏

#define container_of(ptr, type, member) ({const typeof(((type *)0)->member) * __mptr = (ptr); (type *)((char *) __mptr __offsetof(type, member));})
ptr是指向結(jié)構(gòu)體元素member的指針
type是結(jié)構(gòu)體類型
member是結(jié)構(gòu)體中一個元素的元素名
這個宏返回的就是指向整個結(jié)構(gòu)體變量的指針蒸痹，類型是（type *）。

short *p = &(s1.c);
struct mystruct *pS = NULL;
pS = container_of(p, struct mystruct, c)
//通過p來計算得到s1的指針   

（1）作用：知道一個結(jié)構(gòu)體中某個元素的指針呛哟，反推這個結(jié)構(gòu)體變量的指針电抚。有了container_of宏，我們可以從一個元素的指針得到整個結(jié)構(gòu)體變量的指針竖共，繼而得到結(jié)構(gòu)體中其他元素的指針蝙叛。
（2）typeof關(guān)鍵字的作用是：typeof(a)時由變量a得到變量a的類型，typeof就是由變量名得到變量數(shù)據(jù)類型的公给。
（3）這個宏的工作原理：先用typeof得到member元素的類型借帘，然后定義一個指針，然后用這個指針減去該元素相對于整個結(jié)構(gòu)體變量的偏移量（偏移量用offsetof宏得到）淌铐，減去之后得到的就是整個結(jié)構(gòu)體變量的首地址肺然，再把這個地址強制類型轉(zhuǎn)換成type *類型即可。

6.4腿准、學習指南和要求

（1）最基本的要求：必須要會這兩個宏的使用际起。就是說能知道這兩個宏接收什么參數(shù)，返回什么參數(shù)吐葱，會用這兩個宏寫代碼街望。看見別人代碼用這兩個宏能夠理解弟跑。
（2）進一步要求：能理解這兩個宏的工作原理灾前，能表述出來（面試可能會考到）。

7.共用體union

7.1孟辑、共用體類型的定義哎甲、變量定義和使用

（1）共用體union和結(jié)構(gòu)體struct在類型定義蔫敲、變量定義、使用方法上有些相似炭玫。
（2）共用體和結(jié)構(gòu)體的不同：結(jié)構(gòu)體類似于一個包裹奈嘿，結(jié)構(gòu)體中的成員彼此是獨立存在的額，分布在內(nèi)存的不同單元中吞加，他們只是被打包成一個整體叫做結(jié)構(gòu)體而已指么；共用體中的各成員其實是一體的，彼此不獨立榴鼎，他們使用同一個內(nèi)存單元。同一個內(nèi)存空間有多種解釋方式晚唇。
（3）共用體union就是對同一塊內(nèi)存中存儲的二進制的不同的理解方式巫财。
（4）union的sizeof測到的大小實際上是union中各個元素里面占用內(nèi)存最大的那個元素的大小。因為可以存的下這個就一定能夠存的下其他的元素哩陕。
（5）union中的元素不存在內(nèi)存對齊的問題平项。

7.2、共用體和結(jié)構(gòu)體相同點和不同點

（1）相同點就是操作語法幾乎相同悍及。
（2）不同點是本質(zhì)上的不同闽瓢，struct是多個獨立元素（內(nèi)存空間）打包在一起，union是一個元素（內(nèi)存空間）的多種不同解析方式心赶。

7.3扣讼、共用體的主要用途

（1）共用體就用在那種對同一個內(nèi)存單元進行多種不同規(guī)則解析的這種情況下。
（2）C語言中其實是可以沒有共用體的缨叫，用指針和強制類型轉(zhuǎn)換可以替代共用體完成同樣的功能椭符，但是共用體的方式更好理解。

8.大小端模式

8.1耻姥、什么是大小端模式

（1）大小端模式（big endian）和小端模式（little endian）最早是小說中出現(xiàn)的詞销钝，和計算機本來沒有關(guān)系的。
（2）后來計算機通信發(fā)展起來后琐簇，遇到一個問題就是：在串口等串行通信中蒸健，一次只能發(fā)送一個字節(jié)。這時候我要發(fā)送一個int類型的數(shù)就遇到一個問題婉商。int類型有4個字節(jié)似忧，我是按照：byte0 byte1 byte2 byte3 這樣的順序發(fā)送還是反序發(fā)送。規(guī)則就是發(fā)送方和接收方必須按照同樣的規(guī)則來通信丈秩，否則就會出現(xiàn)錯誤橡娄。這就叫通信系統(tǒng)的大小端模式。
（3）現(xiàn)在講大小端癣籽，更多的是指計算機存儲系統(tǒng)的大小端挽唉。在計算機內(nèi)存/硬盤/Nnad中滤祖。因為存儲系統(tǒng)是32位的足丢，但是數(shù)據(jù)仍然是按照字節(jié)為單位的炕置。于是乎一個32位的二進制在內(nèi)存中存儲時有2種分布方式：
①大端模式：高字節(jié)對應高字節(jié)既荚；
②小端模式：高字節(jié)對應低字節(jié)梨水。
（4）大端模式和小端模式本身沒有對錯钥庇，沒有優(yōu)劣淳附，理論上按照大端或小端都可以挨稿，但是要求必須存儲時和讀取時按照同樣的大小端模式來進行肴楷，否則會出錯严拒。
（5）現(xiàn)實的情況是：有些CPU公司用大端（比如單片機）扬绪；有些CPU用小端（比如ARM）。（大部分是用小端模式裤唠，大端模式的不算多）挤牛。于是乎我們寫代碼時，當不知道當前環(huán)境是用大端模式還是小端模式時就需要用代碼來檢測當前系統(tǒng)的大小端种蘸。

8.2墓赴、共用體union測試大小端

經(jīng)典筆試題：寫一段代碼測試大小端

#include <stdio.h>
union myunion
{
    int a;
    char b;
};
// 如果是小端模式則返回1，大端模式則返回0
int  is_little_endian(void)
{
    union myunion u1;
    u1.a = 1;
    return u1.b;
}

int main(void)
{
    int i = is_little_endian();
    if (i == 1)
    {
        printf("小端模式.\n");
    }
    else
    {
        printf("大端模式.\n");
    }
    return 0;
}

大小端

共用體測試大小端的思路:
一開始用int類型的a來存儲1（00000001）航瞭，然后用char類型的b來解析這個1（00000001）诫硕，因為訪問是從低地址開始訪問的，所以要么訪問到00刊侯，要么訪問到01章办。01對于00000001來說屬于低字節(jié)，若這個01保存在低地址的話滨彻，就是小端模式纲菌，若這個01保存在高地址的話，就是大端模式疮绷。

8.3翰舌、指針方式測試大小端（本質(zhì)方式）

#include <stdio.h>
union myunion
{
    int  a;
    char b;
};

int  is_little_endian(void)
{
    int a = 1;
    char b = *((char *)(&a));  
    // 將a的地址強制類型轉(zhuǎn)換為char解析方式，然后去解引用得到首地址的內(nèi)容
     return b;
}

int main(void)
{
    int i = is_little_endian();
     if (i == 1)
    {
        printf("小端模式.\n");
    }
    else
    {
        printf("大端模式.\n");
    }
    return 0;
}

解析同上一節(jié)

8.4冬骚、看似可行失責不可行的測試大小端方式：位與椅贱、移位、強制類型轉(zhuǎn)換

（1）位與運算

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    // 位與
    int a = 1;
    int b = a & 0xff;  
    printf("b = %d.\n",b);
    return 0;
}

實驗結(jié)論：位與的方式無法測試機器的大小端模式只冻。表現(xiàn)就是大端機器和小端機器的位與運算后的值是相同的庇麦，都是1。
結(jié)果分析：位與運算是編譯器提供的運算喜德，這個運算是高于內(nèi)存層次的（或者說&運算在二進制層次具有可移植性山橄，也就是說&的時候一定是高字節(jié)&高字節(jié)，低字節(jié)&低字節(jié)舍悯，和二進制存儲無關(guān)）航棱，簡單的說睡雇，位與運算（&）在C語言編譯器已經(jīng)做了優(yōu)化處理。
理想模型分析：實際不可行
①大端模式：低字節(jié)放到了高地址饮醇，位與操作結(jié)果為0x10000000

大端模式

小端模式

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    // 移位
    int a, b;
    a = 1;
    b = a >> 1;
    printf("b = %d.\n",b);
    return 0;
}

實驗結(jié)論：移位的方式也不能測試機器的大小端模式。表現(xiàn)就是大端機器和小端機器的位與運算后的值是相同的朴艰，都是0观蓄。
結(jié)果分析：
原因和位與運算&不能測試是一樣的。因為C語言對運算符的級別是高于二進制層次的祠墅。右移運算永遠是低字節(jié)移除侮穿，而和二進制存儲時這個低字節(jié)在高位還是低位無關(guān)。
理想模型分析：實際不可行
①大端模式：低字節(jié)放到低地址毁嗦，移位操作結(jié)果為0x800000

大端模式

小端模式

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    // 強制類型轉(zhuǎn)換
    int a;
    char b;
    a = 1;
    b = (char)a;
    printf("b = %d.\n",b);
    return 0;
}

實驗結(jié)論：強制類型轉(zhuǎn)換的方式也不能測試機器的大小端模式。表現(xiàn)就是大端機器和小端機器的位與運算后的值是相同的金矛，都是1。
結(jié)果分析：強制類型轉(zhuǎn)換不可以的原因同上勺届，也是編譯器進行了優(yōu)化處理驶俊。
理想模型分析：實際不可行
①大端模式：低字節(jié)放到高地址，強制類型轉(zhuǎn)換操作結(jié)果為0

大端模式

小端模式

8.5饼酿、通信系統(tǒng)的大小端（數(shù)組的大小端）

（1）比如要通過串口發(fā)送一個0x12345678給接收方，但是因為串口本身限制胚膊，只能以字節(jié)單位來發(fā)送故俐，所以需要發(fā)4次；接收方分4次接收紊婉，內(nèi)容分別是：0x12药版、0x34、0x56喻犁、0x78槽片。接收方接收到這4個字節(jié)之后需要去重組得到0x12345678（而不是0x78563412）。
（2）所以通信雙方需要有一個默契肢础，就是：先發(fā)/接收的是高位還是低位还栓？這就是通信中的大小端問題。
（3）一般來說：先發(fā)低字節(jié)叫做小端传轰；先發(fā)高字節(jié)叫做大端剩盒。實際操作中，在通信協(xié)議里面回去定義大小端慨蛙，明確告訴你先發(fā)的是低字節(jié)還是高字節(jié)辽聊。
（4）在通信協(xié)議中纪挎，大小端是非常重要的，大家使用別人的定義的通信協(xié)議還是自己要去定義通信協(xié)議身隐，一定都要注意標明通信協(xié)議中的大小端問題廷区。

9.枚舉

9.1枚舉是用來做什么的？

（1）枚舉在C語言中其實是一些符號常量集贾铝。枚舉定義了一些符號隙轻，這些符號的本質(zhì)就是int類型的常量，每個符號和一個常量綁定垢揩。這個符號就表示一個定義的一個識別碼玖绿，編譯器對枚舉的認識就是符號常量所綁定的那個int類型的數(shù)字。
（2）枚舉符號常量和其對應的常量數(shù)字相對來說叁巨，數(shù)字不重要斑匪，符號才重要。一般情況下我們都不明確指定這個符號所對應的數(shù)字锋勺，而讓編譯器自動分配蚀瘸。自動分配原則是：從0開始依次增加，如果用戶自定義了一個值庶橱，則從那個值開始往后依次增加1贮勃。

9.2、C語言為何需要枚舉

（1）C語言沒有枚舉是可以的苏章。使用枚舉其實就是就是對1寂嘉、0這些數(shù)字進行符號化編碼，這樣的好處就是編程時可以不用看數(shù)字而直接看符號枫绅。符號的意義很明顯泉孩，一眼可以看出。而數(shù)字所代表的的含義除非看文檔或注釋并淋。
（2）宏定義的目的和意義：不用數(shù)字而用符號寓搬，意義更加明顯。

9.3县耽、宏定義和枚舉的區(qū)別

（1）枚舉：是將多個有關(guān)聯(lián)的符號封裝在一個枚舉中订咸，而宏定義完全是散的。也就是說枚舉其實是多選一酬诀。
（2）什么情況下用枚舉脏嚷？當我們要定義的常量是一個有限集合時（比如一星期7天，性別男女）瞒御。