文件I/O (二).结构体存取（2）

franket

发布于 2021-09-16 09:48:53

5560

发布于 2021-09-16 09:48:53

文章被收录于专栏：技术杂记技术杂记

编译执行过程中没有报错，从结果来看，f1、f2文件中的内容变化也符合预期

小技巧

宏定义

在写代码的过程偶尔会用到一些宏，这些宏多定义在头文件中，通过查看头文件，就可以获取相关信息

如我们想知道 O_RDWR 的定义

emacs@ubuntu:~$ grep O_RDWR  /usr/include/* -r
/usr/include/asm-generic/fcntl.h:#define O_RDWR		00000002
/usr/include/bits/fcntl.h:#define O_RDWR		     02
/usr/include/linux/fs.h: * to O_WRONLY and O_RDWR via the strange trick in __dentry_open()
/usr/include/linux/smbno.h:#define SMB_O_RDWR	0x0002
emacs@ubuntu:~$

我们想知道 SEEK_SET、SEEK_CUR、SEEK_END 的宏定义

emacs@ubuntu:~$ grep SEEK_SET  /usr/include/* 
/usr/include/fcntl.h:# define SEEK_SET	0	/* Seek from beginning of file.  */
/usr/include/libio.h:   beginning of the file (if W is SEEK_SET),
/usr/include/stdio.h:#define SEEK_SET	0	/* Seek from beginning of file.  */
/usr/include/unistd.h:# define SEEK_SET	0	/* Seek from beginning of file.  */
/usr/include/unistd.h:# define L_SET		SEEK_SET
/usr/include/unistd.h:   beginning of the file (if WHENCE is SEEK_SET),
emacs@ubuntu:~$ grep SEEK_CUR  /usr/include/* 
/usr/include/fcntl.h:# define SEEK_CUR	1	/* Seek from current position.  */
/usr/include/libio.h:   the current position (if W is SEEK_CUR),
/usr/include/stdio.h:#define SEEK_CUR	1	/* Seek from current position.  */
/usr/include/unistd.h:# define SEEK_CUR	1	/* Seek from current position.  */
/usr/include/unistd.h:# define L_INCR		SEEK_CUR
/usr/include/unistd.h:   the current position (if WHENCE is SEEK_CUR),
emacs@ubuntu:~$ grep SEEK_END  /usr/include/* 
/usr/include/fcntl.h:# define SEEK_END	2	/* Seek from end of file.  */
/usr/include/libio.h:   or the end of the file (if W is SEEK_END).
/usr/include/stdio.h:#define SEEK_END	2	/* Seek from end of file.  */
/usr/include/unistd.h:# define SEEK_END	2	/* Seek from end of file.  */
/usr/include/unistd.h:# define L_XTND		SEEK_END
/usr/include/unistd.h:   or the end of the file (if WHENCE is SEEK_END).
emacs@ubuntu:~$

我们还可以使用这种方式来查看函数原型

如我们想知道 lseek 函数的原型

emacs@ubuntu:~$ grep lseek  /usr/include/* 
/usr/include/_G_config.h:#define _G_LSEEK64	__lseek64
/usr/include/unistd.h:/* Values for the WHENCE argument to lseek.  */
/usr/include/unistd.h:extern __off_t lseek (int __fd, __off_t __offset, int __whence) __THROW;
/usr/include/unistd.h:extern __off64_t __REDIRECT_NTH (lseek,
/usr/include/unistd.h:				 lseek64);
/usr/include/unistd.h:#  define lseek lseek64
/usr/include/unistd.h:extern __off64_t lseek64 (int __fd, __off64_t __offset, int __whence)
emacs@ubuntu:~$

Tip: 如果我们事先知道一个函数来自于哪一个头文件，就可以进一步地缩小范围，有时一个函数的头文件里并没有直接包含，可能是这个头文件所include的文件中包含，多时可能达到4到5层

内存对齐

在定义有结构体的代码中，要留意内存对齐的问题

哪什么是内存对齐呢，我们可以看看下面的一个例子：

#include <stdio.h>

int main()
{
  struct st1
  {
    char a;
    int b;
    char c;
  };

  struct st2
  {
    char a;
    char c;
    int b;
  };
  
  printf("size of st1:%d\nsize of st2:%d\n",sizeof(struct st1),sizeof(struct st2));
  return 0;
}

我们将它编译运行

emacs@ubuntu:~/c$ alias gtc
alias gtc='gcc -Wall -g -o'
emacs@ubuntu:~/c$ gtc duiqi.x duiqi.c 
emacs@ubuntu:~/c$ ./duiqi.x 
size of st1:12
size of st2:8
emacs@ubuntu:~/c$

从结果来看，包含同样内容的两个结构体，占用的内存却是不一样的，而区别只在于它们内部元素的排列方式不一样

1-4-1 的顺序占用了12个字节，1-1-4 的顺序占用了8个字节

这就是内存对齐的效果

在C语言中，结构是一种复合数据类型，其构成元素既可以是基本数据类型（如int、long、float等）的变量，也可以是一些复合数据类型（如数组、结构、联合等）的数据单元。在结构中，编译器为结构的每个成员按其自然边界（alignment）分配空间。各个成员按照它们被声明的顺序在内存中顺序存储，第一个成员的地址和整个结构的地址相同。

为了使CPU能够对变量进行快速的访问,变量的起始地址应该具有某些特性,即所谓的”对齐”.比如4字节的int型,其起始地址应该位于4字节的边界上,即起始地址能够被4整除

字节对齐的作用不仅是便于cpu快速访问，同时合理的利用字节对齐可以有效地节省存储空间。

对于32位机来说，4字节对齐能够使cpu访问速度提高，比如说一个long类型的变量，如果跨越了4字节边界存储，那么cpu要读取两次，这样效率就低了。但是在32位机中使用1字节或者2字节对齐，反而会使变量访问速度降低。所以这要考虑处理器类型，另外还得考虑编译器的类型。在vc中默认是4字节对齐的，GNU gcc 也是默认4字节对齐

xxd

xxd是一个很好用的命令，可以用来查看二进制文件

emacs@ubuntu:~/c$ xxd f1
0000000: 0b00 0000 7869 616f 0000 0000 1200 0000  ....xiao........
0000010: 0d00 0000 686f 6e67 0000 0000 5800 0000  ....hong....X...
0000020: 1000 0000 7475 6e61 0000 0000 6200 0000  ....tuna....b...
0000030: 1300 0000 746f 6e79 0000 0000 3c00 0000  ....tony....<...
0000040: 5a00 0000 6475 6e6f 0000 0000 6200 0000  Z...duno....b...
emacs@ubuntu:~/c$ xxd f2
0000000: 1000 0000 7475 6e61 0000 0000 6200 0000  ....tuna....b...
0000010: 5a00 0000 6475 6e6f 0000 0000 6200 0000  Z...duno....b...
emacs@ubuntu:~/c$

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