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《C 语言内存函数深度剖析：从原理到实战（memcpy/memmove/memset/memcmp 全解析）》

news 2025/8/4 13:07:41

在C语言中，内存操作是程序设计的核心环节之一。无论是数据拷贝、内存初始化还是内存比较，都离不开专门的内存函数。本文将详细解析C语言中最常用的4个内存函数：memcpy、memmove、memset和memcmp，包括它们的使用方法、模拟实现及注意事项，帮助你彻底掌握内存操作的核心技巧。

1. memcpy：内存拷贝函数

memcpy是C语言中最基础的内存拷贝函数，用于将一块内存的数据复制到另一块内存。

1.1 函数原型

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

1.2 功能说明

从source指向的内存位置开始，向后复制num个字节的数据到destination指向的内存位置。
核心特点：
- 按字节拷贝，不依赖数据类型（因此参数用void*）。
- 遇到'\0'不会停止（区别于字符串函数strcpy）。
- 不处理重叠内存：如果source和destination的内存区域有重叠，复制结果是未定义的。

1.3 示例代码及解析

#include <stdio.h>
#include <string.h>int main()
{int arrx[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };int arry[10] = { 0 };// 复制arr1的前20个字节到arr2（int占4字节，即复制前5个元素）memcpy(arrx, arry, 20);int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", arry[i]); // 输出：1 2 3 4 5 0 0 0 0 0}return 0;
}

解析：
int类型占4字节，20字节 = 5个int元素，因此memcpy(arry, arrx, 20)会将arr1的前5个元素（1-5）复制到arry，剩余元素保持初始值0。

1.4 模拟实现及解析

#include <assert.h> // 用于断言void * memcpy ( void * dst, const void * src, size_t count)
{void * ret = dst; // 保存目标地址，用于返回assert(dst && src); // 断言确保指针非空，增强安全性// 按字节拷贝（char*每次移动1字节）while (count--) {*(char *)dst = *(char *)src; // 强制转换为char*，逐个字节复制dst = (char *)dst + 1; // 目标指针后移1字节src = (char *)src + 1; // 源指针后移1字节}return ret; // 返回目标地址
}

实现要点：

使用char*强制转换：保证每次只操作1字节，适配任意数据类型。
断言assert(dst && src)：避免空指针传入导致的运行时错误。
返回dst原始地址：方便链式调用（如memcpy(arr3, memcpy(arr2, arr1, 20), 20)）。

1.5 注意事项

禁止重叠内存：如果source和destination内存重叠（如memcpy(arr+2, arr, 20)），结果不可预测，此时需使用memmove。
拷贝长度单位：num的单位是字节，而非元素个数，需根据数据类型计算（如n个int元素需n*sizeof(int)字节）。

2. memmove：处理重叠内存的拷贝函数

memmove是memcpy的增强版，专门用于处理源内存和目标内存重叠的场景。

2.1 函数原型

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

2.2 功能说明

与memcpy功能类似，均用于复制num字节数据。
核心区别：支持源内存和目标内存重叠，复制结果可预测。

2.3 示例代码及解析

#include <stdio.h>
#include <string.h>int main()
{int arrx[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };// 将arr1的前20字节（1-5）复制到arr1+2位置（从索引2开始）memmove(arrx+2, arrx, 20); int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){printf("%d ", arrx[i]); // 输出：1 2 1 2 3 4 5 8 9 10}return 0;
}

解析：
复制后，原索引0-4的元素（1-5）被拷贝到索引2-6的位置，因memmove处理重叠逻辑，避免了数据覆盖问题，最终结果正确。

2.4 模拟实现及解析


void * my_memmove(void * dest, void * src, size_t num)
{assert(dest && src);void * tmp = dest;while(num--){if(src < dest){*(char*)dest = *(char*)src;dest = (char*)dest + 1;src = (char*)src + 1;}else{*((char*)dest + num) = *((char*)src + num);}}return tmp;
}

实现核心逻辑：

正向拷贝：当目标内存在源内存左侧，或两者无重叠时，从起始位置依次向后复制（同memcpy）。
反向拷贝：当目标内存在源内存右侧且重叠时，从末尾位置依次向前复制，避免覆盖尚未复制的源数据。

2.5 注意事项

适用场景：所有内存拷贝场景（包括重叠和非重叠），建议优先使用memmove替代memcpy，避免重叠问题。
性能差异：memmove因需判断重叠逻辑，性能略低于memcpy，但在现代编译器优化下差异可忽略。

3. memset：内存设置函数

memset用于将一块内存的每个字节设置为指定值，常用于内存初始化。

3.1 函数原型

void * memset ( void * ptr, int value, size_t num );

3.2 功能说明

将ptr指向的内存中，前num个字节逐个设置为value（低8位有效）。
按字节操作，无论原始数据类型如何。

3.3 示例代码及解析

#include <stdio.h>
#include <string.h>int main ()
{char str[] = "hello world";// 将str的前6个字节设置为'x'memset(str, 'x', 6); printf(str); // 输出：xxxxxxworldreturn 0;
}

解析：
'x'的ASCII值为120，memset将str前6个字节均设置为120，因此"hello “被替换为"xxxxxx”。

3.4 常见误区及补充

按字节设置的局限性：
memset按字节操作，因此对非char类型数组设置时需注意。例如：
```
int arr[5] = {0};
memset(arr, 1, sizeof(arr)); // 错误：每个字节被设为1，而非整个int为1
```
上述代码中，每个int（4字节）会被设置为0x01010101（十进制16843009），而非预期的1。
正确用法：仅用于设置0（memset(arr, 0, sizeof(arr))）或 -1（memset(arr, -1, sizeof(arr))，因-1的补码为全1）。
适用场景：初始化字符串、清空数组、设置标记位等（如将缓冲区填充为0）。

3.5 注意事项

value参数：实际使用的是value的低8位（即value & 0xFF），因此传入120和120+256效果相同。
长度计算：num为字节数，需用sizeof获取完整内存长度（如sizeof(arr)）。

4. memcmp：内存比较函数

memcmp用于比较两块内存的前num个字节，返回比较结果。

4.1 函数原型

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

4.2 功能说明

比较ptr1和ptr2指向的内存中，前num个字节的大小（按无符号字符比较）。
返回值规则：

返回值	含义
<0	`ptr1`中第一个不匹配字节 < `ptr2`中对应字节（无符号值）
=0	前`num`个字节完全相同
>0	`ptr1`中第一个不匹配字节 > `ptr2`中对应字节（无符号值）

4.3 示例代码及解析

#include <stdio.h>
#include <string.h>int main()
{char buffer1[] = "DWgaOtP12df0";char buffer2[] = "DWGAOTP12DF0";int n = memcmp(buffer1, buffer2, sizeof(buffer1));if (n > 0) printf("'%s' is greater than '%s'.\n", buffer1, buffer2);else if (n < 0) printf("'%s' is less than '%s'.\n", buffer1, buffer2);elseprintf("'%s' is the same as '%s'.\n", buffer1, buffer2);// 输出：'DWgaOtP12df0' is greater than 'DWGAOTP12DF0'.return 0;
}

解析：
比较到第3个字符时，buffer1是'g'（ASCII 103），buffer2是'G'（ASCII 71），因此103>71，返回值>0。

4.4 与strcmp的区别

特性	`memcmp`	`strcmp`
终止条件	比较完`num`字节后停止	遇到`'\0'`停止
比较范围	精确控制比较字节数	仅比较到字符串结束
适用场景	任意内存块（包括二进制数据）	仅字符串