[C] 内存操作函数 与 字符处理函数

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字符处理函数

函数	参数为真条件
iscntrl	任何控制字符
isspace	空白字符（包括空格' '，换页'\f'，回车'\r'，换行'\n'，制表符'\t'/'\v'）
isdigit	十进制数字0~9
isxdigit	十六进制数字，包括所有十进制数字，小写字母a~f，大写字母A~F
islower	小写字母a~z
isupper	大写字母A~Z
isalpha	字母a~z或A~Z
isalnum	字母或者数字，a~z,A~Z,0~9
ispunct	标点符号，任何不属于数字或者字母的图形字符（可打印）
isgraph	任何图形字符
isprint	任何可打印字符，包括图形字符和空白字符

• 换行符\n和回车符\r的区别：
  换行符另起一行，光标来到行首。回车符不另起新行，光标来到行首，如果再输入内容就把原内容覆盖掉了。

字符转换函数：

int tolower(int c);
int toupper(int c);

函数参数和返回值都是int类型是因为C语言都默认使用了ASCII的编码方式，用ASCII码表示了一些特定的字符。这里使用int也可以通过返回-1来标记无效值。

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内存操作函数

memcpy

[memcpy的官方文档]：http://www.cplusplus.com/reference/cstring/memcpy/?kw=memcpy

函数的作用是：【从source的内存位置开始向后拷贝num个字节的数据到destination的内存位置】。

void *memcpy(void *destination, const void *source, size_t num);

• 这里的参数num的单位是字节。
• 函数参数和返回值都是void*类型，说明拷贝的大小不固定，要视最后的num参数而定，函数最后返回了destination。
• 因为此函数不是字符串的库函数，所以不仅可以拷贝字符数组，还可以拷贝整数数组等，所以在遇到 '\0' 的时候并不会停下来。
• 如果source和destination有任何的重叠，复制的结果都是未定义的，绝对不允许缓冲区重叠。

模拟实现

void *Memcpy(void * dest, const void * src, size_t num) {
	assert(dest != NULL);
	assert(src != NULL);
	char *pdest = (char*)dest;
	char *psrc = (char*)src;
	for (size_t i = 0; i < num; ++i) {
		pdest[i] = psrc[i];
	}
	return dest;
}

• 在for循环中不可以像之前strncpy一样输入dest[i] = src[i];因为void*类型参数不可以解引用以及加减一个整数，这一语句就相当于进行解引用与整数加减。
  所以采取的解决方案是：对void*类型参数强转为char*类型参数，再进行处理。
• 这里对void*类型参数进行char*的强制类型转换，是想让系统按照字节来拷贝，如果强转为int*传入参数不够一个int参数的字节数，那么就无法正常处理了，所以还是按照挨个字节进行处理最为科学。
• 程序还存在一个隐含的风险：缓冲区重合问题。就是上面所说的source和destination有重叠现象，复制的结果是未定义的。

什么是缓冲区重合？

memcpy 的原理就是按照src的内存内容向dest内存逐个进行拷贝，如果出现上图中的缓冲区重叠现象，就会影响到dest内容的拷贝，造成与src内容不同的拷贝错误。
【如图就是最后一个字符的拷贝错误】
缓冲区重叠问题发生原因：dest指针处于src缓冲区之内，这是标准库认为的。所以像下图中的情况就不属于缓冲区重叠现象：

从图中可以看到dest指针位于src缓冲区之外，虽然拷贝影响了源内存的内容，但是根据库函数的定义，它是不属于缓冲区重叠的。

所以就引出了可以解决缓冲区重合问题的允许缓冲区重合的函数memmove。

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memmove

[memmove的官方文档]：http://www.cplusplus.com/reference/cstring/memmove/?kw=memmove

函数的作用与memcpy相同，都是【按字节拷贝内存空间中的内容】。

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void *memmove ( void *destination, const void *source, size_t num );

• 和memcpy的差别就是memmove函数处理的源内存块和目标内存块是允许重叠的。如果源空间和目标空间出现重叠，就得使用memmove函数处理。

模拟实现

void *Memmove(void * dest, const void * src, size_t num) {
	assert(dest != NULL);
	assert(src != NULL);
	char *pdest = (char*)dest;
	char *psrc = (char*)src;
	if (pdest >= psrc && pdest <= psrc + num) {		//是标准库认为的缓冲区重合行为
		//解决方案：从后往前拷贝
		for (int64_t i = num - 1; i >= 0; --i) {
			pdest[i] = psrc[i];
		}
	}
	else {
		for (size_t i = 0; i < num; ++i) {
			//不属于缓冲区重合，就按照原来的memcpy方式进行拷贝
			pdest[i] = psrc[i];
		}
	}
	return dest;
}

• 从后往前的拷贝方式避免了源内存顺序拷贝所存在的问题。
• 第一个for语句中使用int64_t的数据类型，而不使用size_t，解决了 2 个问题：

1. i>=0 恒成立。
   如果使用size_t，那么循环对参数进行修改，到达0时，再进行--操作，就会变成一个很大的数，因为内存中负数是按照补码的形式存放的，所以看似是减为了一个负数而跳出循环，实则恒为一个正数，是死循环现象。使用有符号的int64_t类型就可以避免无符号类型带来的问题。
2. 如果num传入为0，那么参数就从很大的数开始运算。
   同样是无符号类型的弊端，传入参数为0时，在第一个for循环中需要对num进行减一操作，所以还是变成了一个非常大的数，一定不会满足题意。同样选择有符号的int64_t类型进行规避。

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memcmp

[memcmp的官方文档]：http://www.cplusplus.com/reference/cstring/memcmp/?kw=memcmp

函数的作用及参数基本与strncmp完全相同，都是进行内容比较。
memcmp是【比较两内存空间中的内容】，strncmp是比较两字符串。

int memcmp ( const void * ptr1, const void * ptr2, size_t num );

因为与strncmp函数几乎完全相同，所以不进行赘述了，读者可以通过上一篇字符串处理函数博客中查看strncmp函数的模拟实现过程。

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• 小结

本博客所讲的内存操作函数和字符串相关函数最大的区别就是与‘\0’无关，只与内存字节数有关，使用时一定要注意参数的单位是字节。

对于大量的字符处理函数不必强制记忆，只需有一个知晓函数存在的程度即可，使用时可以查阅相关文档直接使用。