概述

C语言的内存模型基本上对应了现在von Neumann（冯·诺伊曼）计算机的实际存储模型，很好的达到了对机器的映射，这是C/C++适合做底层开发的主要原因，另外，C语言适合做底层开发还有另外一个原因，那就是C语言对底层操作做了很多的的支持，提供了很多比较底层的功能。

下面结合问题分别进行阐述。

问题：移位操作
在运用移位操作符时，有两个问题必须要清楚：
(1)、在右移操作中，腾空位是填 0 还是符号位；
(2)、什么数可以作移位的位数。
答案与分析：
">>"和"<<"是指将变量中的每一位向右或向左移动, 其通常形式为:
右移: 变量名>>移位的位数
左移: 变量名<<移位的位数
经过移位后, 一端的位被"挤掉",而另一端空出的位以0 填补,在C语言中的移位不是循环移动的。
(1) 第一个问题的答案很简单，但要根据不同的情况而定。如果被移位的是无符号数，则填 0 。如果是有符号数，那么可能填 0 或符号位。如果你想解决右移操作中腾空位的填充问题，就把变量声明为无符号型，这样腾空位会被置 0。
(2) 第二个问题的答案也很简单：如果移动 n 位，那么移位的位数要不小于 0 ，并且一定要小于 n 。这样就不会在一次操作中把所有数据都移走。
比如，如果整型数据占 32 位，n 是一整型数据，则 n << 31 和 n << 0 都合法，而 n << 32 和 n << -1 都不合法。

C++左移里一个比较特殊的情况是当左移的位数大于等于该数值类型的最大位数时,编译器会用左移的位数去模类型的最大位数,然后只按余数进行移位,如:

int i = 1, j = 0x80000000; //设int为32位
i = i << 33; // 33 % 32 = 1 左移1位,i变成2
j = j << 33; // 33 % 32 = 1 左移1位,j变成0,最高位被丢弃

注意即使腾空位填符号位，有符号整数的右移也不相当与除以 。为了证明这一点，我们可以想一下 -1 >> 1 不可能为 0 。

问题：位段结构

struct RPR_ATD_TLV_HEADER
{
    ULONG res1:6;
    ULONG type:10;
    ULONG res1:6;
    ULONG length:10;
};

    位段结构是一种特殊的结构, 在需按位访问一个字节或字的多个位时, 位结构比按位运算符更加方便。

    位结构定义的一般形式为:
    struct 位结构名{
数据类型 变量名: 整型常数;
数据类型 变量名: 整型常数;
   } 位结构变量;
其中: 整型常数必须是非负的整数, 范围是0~15, 表示二进制位的个数, 即表示有多少位。
变量名是选择项, 可以不命名, 这样规定是为了排列需要。
例如: 下面定义了一个位结构。

struct

{

    unsigned incon: 8; /*incon占用低字节的0~7共8位*/
    unsigned txcolor: 4;/*txcolor占用高字节的0~3位共4位*/   

    unsigned bgcolor: 3;/*bgcolor占用高字节的4~6位共3位*/
    unsigned blink: 1; /*blink占用高字节的第7位*/
}ch;

    位结构成员的访问与结构成员的访问相同。

    例如: 访问上例位结构中的bgcolor成员可写成:
    ch.bgcolor    位结构成员可以与其它结构成员一起使用。 按位访问与设置，方便&节省

    例如:

struct info

{
    char name[8];
    int age;
    struct addr address;
    float pay;
    unsigned state: 1;
    unsigned pay: 1;
}workers;

    上例的结构定义了关于一个工人的信息。其中有两个位结构成员, 每个位结构成员只有一位, 因此只占一个字节但保存了两个信息, 该字节中第一位表示工人的状态, 第二位表示工资是否已发放。由此可见使用位结构可以节省存贮空间。

注意不要超过值限制

问题：字节对齐
我在使用VC编程的过程中，有一次调用DLL中定义的结构时，发觉结构都乱掉了，完全不能读取正确的值，后来发现这是因为DLL和调用程序使用的字节对齐选项不同，那么我想问一下，字节对齐究竟是怎么一回事？
答案与分析：
关于字节对齐：
1、 当不同的结构使用不同的字节对齐定义时，可能导致它们之间交互变得很困难。
2、 在跨CPU进行通信时，可以使用字节对齐来保证唯一性，诸如通讯协议、写驱动程序时候寄存器的结构等。
三种对齐方式：
1、 自然对齐方式（Natural Alignment）：与该数据类型的大小相等。
2、 指定对齐方式 ：

#pragma pack(8) //指定Align为 8；
#pragma pack() //恢复到原先值

3、 实际对齐方式：
    Actual Align = min ( Order Align, Natual Align )
对于复杂数据类型（比如结构等）：实际对齐方式是其成员最大的实际对齐方式：
    Actual Align = max( Actual align1,2,3，…)
编译器的填充规律：
1、 成员为成员Actual Align的整数倍，在前面加Padding（空）。
成员Actual Align = min( 结构Actual Align，设定对齐方式)
2、 结构为结构Actual Align的整数倍，在后面加Padding.
例子分析：

#pragma pack(8) //指定Align为 8
struct STest1
{
    char ch1;
    long lo1;
    char ch2;
} test1;
#pragma pack()

     现在

     Align of STest1 = 4 , sizeof STest1 = 12 ( 4 * 3 )

    test1在内存中的排列如下（ FF 为 padding ）：
    00 -- -- -- 04 -- -- -- 08 -- -- -- 12 -- -- --
    01 FF FF FF 01 01 01 01 01 FF FF FF
    ch1 --        lo1 --         ch2
    #pragma pack(2) //指定Align为 2
    struct STest2
    {
        char ch3;
        STest1 test;
    } test2;
    #pragma pack()
现在 Align of STest1 = 2, Align of STest2 = 2 , sizeof STest2 = 14 ( 7 * 2 )???,这个确实不理解

    test2在内存中的排列如下：

    00 -- -- -- 04 -- -- -- 08 -- -- -- 12 -- -- --
    02 FF 01 FF FF FF 01 01 01 01 01 FF FF FF
    ch3    ch1 --        lo1 --         ch2
注意事项：
1、 这样一来，编译器无法为特定平台做优化，如果效率非常重要，就尽量不要使用#pragma pack，如果必须使用，也最好仅在需要的地方进行设置。

    2、 需要加pack的地方一定要在定义结构的头文件中加，不要依赖命令行选项，因为如果很多人使用该头文件，并不是每个人都知道应该pack。这特别表现在为 别人开发库文件时，如果一个库函数使用了struct作为其参数，当调用者与库文件开发者使用不同的pack时，就会造成错误，而且该类错误很不好查。
   3、 在VC及BC提供的头文件中，除了能正好对齐在四字节上的结构外，都加了pack，否则我们编的Windows程序哪一个也不会正常运行。
   4、 在 #pragma pack(n) 后一定不要include其他头文件，若包含的头文件中改变了align值，将产生非预期结果。
   5、 不要多人同时定义一个数据结构。这样可以保证一致的pack值。

问题：按位运算符
C语言和其它高级语言不同的是它完全支持按位运算符。这与汇编语言的位操作有些相似。 C中按位运算符列出如下:
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
操作符 作用
────────────────────────────
& 位逻辑与
| 位逻辑或

^ 位逻辑异或
- 位逻辑反
>> 右移
<< 左移
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
注意：
1、 按位运算是对字节或字中的实际位进行检测、设置或移位, 它只适用于字符型和整数型变量以及它们的变体, 对其它数据类型不适用。
2、 关系运算和逻辑运算表达式的结果只能是1或0。 而按位运算的结果可以取0或1以外的值。 要注意区别按位运算符和逻辑运算符的不同, 例如, 若x=7, 则x&&8 的值为真(两个非零值相与仍为非零), 而x&8的值为0。
3、&、|与&&，~与! 的关系
| 和 ~ 操作符把它们的操作数当作一个为序列，按位单独进行操作。比如：10 & 12 = 8，这是因为"&"操作符把 10 和 12 当作二进制描述 1010 和 1100 ，所以只有当两个操作数的相同位同时为 1 时，产生的结果中相应位才为 1 。同理，10|12 = 14 ( 1110 )，通过补码运算，~10 = -11 ( 11...110101 )。<以多少为一个位序列>

&&、 和！操作符把它们的操作数当作"真"或"假"，并且用 0 代表"假"，任何非 0 值被认为是"真"。它们返回 1 代表"真"，0 代表"假"，对于"&&"和""操作符，如果左侧的操作数的值就可以决定表达式的值，它们根本就不去计算右侧的操作数。所以，!10 是 0 ，因为 10 非 0 ；10 && 12 是 1 ，因为 10 和 12 均非 0 ；10 12也是 1 ，因为 10 非 0 。并且，在最后一个表达式中，12 根本就没被计算，在表达式 10 f( ) 中也是如此。