c语言笔记（4）+汇编笔记（1）

内存寻址模型

主要分为两种：实模式分段模型、保护模式扁平模型

实模式：CPU的原始工作模式（16位），直接物理地址访问，使用分段模型，单任务环境，现代CPU启动时首先进入实模式

保护模式：CPU的现代工作模式（32位/64位），支持虚拟内存和分页机制、提供内存保护、特权级检查和任务隔离，支持多任务，可使用平坦内存模型或分段模型，现代操作系统运行在保护模式下

保护模式比实模式更安全稳定

malloc/calloc/realloc

void calloc(int num,int size) : 分配了numsize个字节长度的内存空间，每个字节的值都是0

void free : 释放address所指向的内存空间,释放动态分配的内存空间

void *malloc(int num) : 用来存放数据。在函数执行完成后不会被初始化，值未知

void *realloc(void *address,int newsize) : 重新分配内存，拓展到newsize

分配内存方法

静态区：通常由编译器自动完成。全局变量和静态变量会被分配到静态区，运行时分配 结束时释放

栈上：局部变量和函数参数通常分配在栈上，被调用时在栈上自动分配，函数返回时自动释放

堆上：使用malloc/calloc/realloc分配，free释放

堆和栈的区别

特性	栈	堆
分配方式	自动分配/释放	手动分配/释放
分配速度	快	慢
大小限制	较小	较大
碎片问题	无	有
生长方向	向低地址生长	向高地址生长
局部性	好	差
管理方式	编译器/系统自动管理	程序员手动管理
分配失败	栈溢出	返回NULL
生命周期	函数调用期间	直到显式释放

内存泄漏

一般指堆内存的泄漏。堆内存：从堆中分配的大小任意的使用完必须显示释放的内存

原因：动态分配的内存程序结束后一直未释放

如何防止内存泄漏：使用智能指针、遵循RAII原则、注意容器清理、避免原始指针、注意循环引用、使用内存池、编码规范

如何检测内存泄漏：使用工具检测、重载、使用内存泄漏检测库、定期检测、单元测试、日志记录、静态分析工具

fprintf和printf

printf()打印输出到屏幕，返回值是输出的字符数、发生错误时返回一个负值；fprintf()打印输出到文件

结构体

由关键字struct和结构体名组成，结构体名自定义

用来储存不同类型的数据项

一般形式

struct结构名
{
	成员表列
}；
struct结构名 变量名；

struct 结构名
{
    成员表列
}变量名1，变量明2；

struct
{
	成员表列
}变量名1，变量名2；

typedef struct_结构名
{
    成员表列
}结构名，*P结构名；
结构名 变量名；

->比*的优先级高，先算->

使用typedef定义一个链表的结点

typedef struct Node{
	int data;
	struct Node* next;
}ListNode;

如何使用。和->访问结构体中的成员

typedef struct {
    int id;
    char name[20];
} Student;

Student s1;
s1.id = 101;
strcpy(s1.name, "Alice");

Student *s2 = &s1;
s2->id = 102;        
strcpy(s2->name, "Bob");

Student *s3 = malloc(sizeof(Student));
s3->id = 103;
strcpy(s3->name, "Charlie");

如何将结构体数据存放在栈上

struct Point {
    int x;
    int y;
};
struct Point p1;   
p1.x = 10;
p1.y = 20;

如何将结构体数据存放在堆上

struct Point *p2 = malloc(sizeof(struct Point));
p2->x = 30;
p2->y = 40;

free(p2);
p2 = NULL;

链表

基本操作：插入结点、删除结点、遍历链表、查找结点

联合体/共用体(union)

几个不同的变量共同占用一段内存的结构

定义形式

typedef union_foo
{
    char s[10];
    int i;
}foo,*pfoo;
foo a;

union foo
{
    char s[10];
    int i;
}a,b;

union foo
{
    char s[10];
    int i;
};
union foo a;

typedef union
{
    char s[10];
    int i;
}foo;
foo a;

union的大小由最大的成员的大小决定，必须是最大基本类型的整数倍

union成员共享同一块大小的内存，一次只能使用其中的一个成员

对某一个成员赋值，会覆盖其他成员的指

union中各个成员存储的起始地址都是相对于基地址的偏移都为0，即起始地址相同

结构体和联合体的区别

在任何同一时刻，共用体只存放了一个被选中的成员，结构体的所有成员都存在。

对联合体的不同成员赋值，原来成员的值不存在了；结构体赋值互不影响。

结构体可以含union成员，union也可以含结构体成员。

结构体：先后存放数据成员；联合体：并排存放数据成员

枚举

枚举类型是一种基本数据类型，不能再分解为任何基本类型

当一个变量的值被限于列出来的值的范围内，可以被定义为一个枚举类型的变量

枚举定义形式

typedef enum_枚举名
{
    值1，
    值2，
    值n
}枚举名，*p枚举名；
枚举名 变量名；

与运算& 有0则0 或运算| 有1则1 异或运算^ 相同则0，相反则1 取反运算~

清除整数a二进制中最右边的1：a&（a-1）

掩码：一串二进制代码对目标字段进行位与运算，屏蔽当前的输入位

宏

用一个标志符代表一个字符串，该标识符称为宏名

宏展开：在程序编译预处理阶段，所有宏名会被替换为宏定义中的字符串

定义格式：不带参数格式：#define 宏名 字符串

​ 带参数格式：#define 宏名（参数表）字符串

带参数的宏比函数效率高；宏不可调试；宏无法做到类型检查；宏是简单的替换 函数先计算，再传参

在宏定义中，# 字符串化运算符，将宏参数转化为字符串常量

连接运算符，将两个标记连接为一个标记

条件编译：

一种在编译阶段根据特定条件选择性地包含或排除代码的技术

条件编译的几种形式：

1.#ifdef(宏已定义）/#ifndef（宏未定义）

2.#if/#elif/#else

3.defined运算符

4.预定义宏

递归

指某个函数直接或间接的调用自身

递归首先需要有一个或多个递归出口，即递归终止的条件，也就是最小子问题的求解，可以允许多个出口

还需要有一个递归式，规定如何将原问题划分成子问题

递归要素：递归函数的参数和返回值、递归终止条件、单层递归的逻辑

递归解决问题的思路：确定基本情况 -- 分解问题 -- 递归调用 -- 合并结果

文本文件和二进制文件

文本文件基于字符编码，以固定长度的二进制序列进行编码和解码；用notepad可读取

二进制文件是基于值编码的文件，二进制文件编码是变长的，具体长度由具体格式决定；要专门工具

文件系统

文件系统是操作系统用于管理存储设备上文件的机制，负责文件的组织、存储、检索和权限控制。

打开文件：

FILE *fopen(const char *filename,const char *mode);

r ：打开一个已有的文本文件，允许读取文件

w : 打开一个文本文件，允许写入文件

a : 打开一个文本文件，以追加模式写入文件（如果不存在会创建一个新文件）

r+ : 打开一个文本文件，允许读写文件

w+ ：打开一个文本文件，允许读写文件（已存在会被截断为零长度）

a+ : 打开一个文本文件，允许读写文件（读取会从文件的开头开始，写入则只能是追加模式）

关闭文件：

int fclose(FILE *fp);

写入文件：

int fputc(int c,FILE *fp);

把一个以null结尾的字符串写入到流中：

int fputs(const char *s,FILE *fp);

读取文件：

int fgetc(FILE * fp);

从流中读取一个字符串：

char *fgets(char *buf,int n,FILE *fp);

如何移动读写指针：

fseek(FILE *stream,long offset,int whence);

汇编语言

机器语言

机器语言是机器指令的集合

计算机将之转变为一列高低电平，以使计算机的电子器件受到驱动，进行运算

由于硬件设计和内部结构的不同，需要不同的电平脉冲来控制它工作，所有每种微处理器都有自己的机器指令集，也就是机器语言

汇编语言

主体是汇编指令，是机器指令便于记忆的书写格式

寄存器：CPU中可以存储数据的器件，一个CPU中有多个寄存器

编译器：能将汇编指令转换成机器指令的翻译程序

汇编语言的三种指令：汇编指令、伪指令、其他符号

存储器

存储器中存放指令和数据

磁盘上的数据或程序如果不读到内存中，就无法被CPU使用

微型机存储器的存储单元可以存储一个Byte,即8个二进制位

微型存储器的容量是以字节为最小单位来计算的

存储器被划分为多个存储单元，从零开始顺序编号，这些编号可以看着存储单元在存储器中的地址

CPU要想进行数据的读写，必须和外部器件进行3类信息的交互：

1.存储单元的地址（地址信息）

2.器件的选择，读或写的命令（控制信息）

3.读或写的数据（数据信息）

总线

电信号要用导线传送

总线：在计算机中专门有连接CPU和其他芯片的导线

总线分为三类：地址总线、控制总线、数据总线

一根导线可以传送的稳定状态只有两种，高电平或低电平

CPU与内存或其他器件之间的数据传送是通过数据总线来进行的

8根数据总线一次可传送一个8位二进制数据（即一个字节）

CPU对外部器件的控制是通过控制总线来进行的；有多少根控制总线就意味CPU提供了对外部器件的多少中控制

系统中所有存储器中的存储单元都处于一个统一的逻辑储存器中，它的容量受CPU寻址能力的限制，这个逻辑存储器就是内存地址空间

寄存器

一个典型的CPU由运算器、控制器、寄存器等器件构成，靠内部总线相连；外部总线实现CPU和主板上其他器件的联系

寄存器是CPU中可以用指令读写的部件

通用寄存器

8086CPU的所有寄存器都是16位的，可存放2个字节；比如AX、BX、CX、DX可分为两个可独立使用的8位寄存器来用

AX的低8位（0-7位）构成了AL寄存器，高8位（8-15位）构成了AH寄存器

AH和AL中的数据： 既可以看成一个字型数据的高8位和低8位，这个字型数据大小是20000；

​ 也可以看成两个独立的字节，大小分别是78和32

区分不同的进制：十六进制后加H 二进制加B 十进制不加

写汇编指令或一个寄存器名称时不区分大小写

指令的两个操作对象的位数是一致的

物理地址

内存单元：存储器中可以单独寻址的基本单位

所有的内存单元构成的存储空间是一个一维的线性空间，每一个内存单元在这个空间中都有唯一的地址，这个唯一的地址叫物理地址

在CPU向地址总线上发出物理地址之前，必须要在内部先形成这个物理地址

一个16位结构的CPU具有的结构特性：

运算器一次最多可以处理16位的数据；

寄存器的最大宽度为16位；

寄存器和运算器之间的通路为16位

内存单元的地址在送上地址总线之前，必须在CPU中处理、传输、暂时存放

地址加法器采用物理地址=段地址*16+偏移地址合成物理地址

段地址*16 ：一个数据的N进制形式左移一位，相当于×N；短地址×16可看作基础地址

将若干地址连续的内存单元看作一个段，用段地址×16定位段的起始地址（基础地址），用偏移地址定位段中的内存单元，一个段的长度最大为64KB

在8086PC机中，存储单元的地址用两个元素来描述，即段地址和偏移地址

根据需要，将地址连续、起始地址为16的倍数的一组内存单元定义为一个段

段寄存器

段地址在8086CPU的段寄存器中存放

8086有四个段寄存器：CS、DS、SS、ES；要访问内存时由这四个段寄存器提供内存单元的段地址

CS为代码段寄存器，IP为指令指针寄存器

CPU将CS：IP指向的内容当作指令执行

CS和IP的内容提供了CPU要执行指令的地址

修改指令

mov指令：传送指令

能改变CS IP内容的指令被统称为转移指令 eg：jmp指令； jmp段地址：偏移地址

要让CPU执行放在代码段中的指令必须要将CS：IP指向所定义的代码段中的第一条指令的首地址

Debug和内存

Debug是DOS、Windows都提供的实模式的调试工具，可以查看CPU各种寄存器中的内容、内存的情况和在机器码级跟踪程序的运行

常用的功能：

R命令：查看、改变CPU寄存器的内容

D命令：查看内存中的内容

E命令：改写内存中的内容

U命令：将内存中的机器指令翻译成汇编指令

T命令：执行一条机器指令

A命令：以汇编指令的格式在内存中写入一条机器指令

eg:修改AX中的值 输入r ax 按Enter ；出现：作为输入提示，输入要写的数据后按Enter，即完成

使用A命令写入汇编指令时，在给出的起始地址后直接按Enter表示操作结束