【C语言内存函数全面解析】深入了解 memcpy、memmove、memset 和 memcmp 的区别与应用

Extreme35

发布于 2025-12-23 18:03:34

文章被收录于专栏：DLDL

💡【入门必看】C语言四大内存函数全解析：memcpy、memmove、memset、memcmp

👋 你是否经常被这些“看起来差不多”的内存函数搞糊涂？ “memcpy 和 memmove 到底有什么区别？” “memset 填充的是字符还是整数？” “memcmp 为什么比较不出字符串的大小？” 别急，这篇文章我们从最基础的原理、内存图示、代码示例、常见坑与模拟实现一步步讲清楚！阅读完这篇，你不仅能用，还能“讲给别人听”。

🧠 一、什么是内存函数？为什么要学？

在 C 语言中，内存函数（memory functions） 是直接操作内存字节的函数族，位于 <string.h> 中。它们不依赖 \0 结束符，也不关心数据类型。

函数	功能	是否允许重叠	返回类型
memcpy()	拷贝内存	❌ 否	void*
memmove()	拷贝（重叠安全）	✅ 是	void*
memset()	填充内存	—	void*
memcmp()	比较内存	—	int

🧩 一句话总结： 掌握这四个函数，你才能真正理解指针、数组和内存的本质。

⚙️ 二、memcpy —— 最快的内存搬运工

📘 函数原型

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

memcpy 是 C 语言中用于内存块复制的标准库函数，定义在 <string.h> 中。

它的作用是从源地址 src 开始，连续复制指定字节数 count 到目标地址 dst，适用于任意类型的数据（数组、结构体、缓冲区等）。
该函数按字节级别工作，不依赖 '\0' 结束符，也不会检测内存重叠，因此在源与目标区域重叠时可能导致未定义行为。

📗 功能

从 source 拷贝 num 个字节到 destination。不会在遇到 '\0' 时停止，也不判断重叠。

📗 示例

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() 
{
    int arr1[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
    int arr2[10] = {0};
    memcpy(arr2, arr1, 20); // 复制 20 字节（假设 int=4 字节）
    for (int i = 0; i < 10; i++) 
        printf("%d ", arr2[i]);
    return 0;
}

🖨️ 输出结果：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

🧱 手写实现

模拟实现 memcpy 的核心思想是逐字节复制内存内容。函数接收目标指针 dst、源指针 src 和要复制的字节数 count。首先保存目标首地址 ret 以便返回，然后通过 assert 检查指针有效性。接着把 dst 与 src 强制转换为 char*，因为在 C 语言中只有 char 类型能安全访问任意对象的每一个字节。随后使用 while(count--) 循环，从源地址起始位置开始，将每个字节依次写入目标区域，每复制一个字节就让指针前进一位，直到复制完所有字节。

void *my_memcpy(void *dst, const void *src, size_t count) 
{
    void *ret = dst;
    assert(dst && src);
    while (count--) 
    {
        *(char *)dst = *(char *)src;
        dst = (char *)dst + 1;
        src = (char *)src + 1;
    }
    return ret;
}

这一实现体现了 memcpy 的本质特征：按字节操作、与数据类型无关、不依赖字符串结束符 '\0'。它能高效复制任意类型的数据块（如数组、结构体等），但不能处理重叠内存，否则源数据会被覆盖导致结果未定义。这也是与 memmove 的根本区别。

⚠️ 注意： memcpy 无法处理重叠区域。遇到重叠请使用 memmove。

🧩 三、memmove —— 处理重叠的“智能搬家工”

📘 函数原型

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

它与 memcpy 功能类似，都是将指定数量的字节从源地址 src 复制到目标地址 dst，但 memmove 能正确处理内存区域重叠的情况。当检测到源和目标区域重叠时，memmove 会自动选择复制方向（从前向后或从后向前），确保数据不会被覆盖。

📗 示例

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    int arr[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
    memmove(arr + 2, arr, 20); // arr+2 与 arr 重叠
    for (int i = 0; i < 10; i++)
        printf("%d ", arr[i]);
    return 0;
}

🖨️ 输出：

1 2 1 2 3 4 5 8 9 10

🧱 模拟实现

模拟实现 memmove 的核心思路是先判定是否存在内存重叠风险，再选择合适的复制方向来避免覆盖源数据：当 dst <= src 或 dst 在 src + count 之外（即两块区域不重叠或 dst 在 src 低地址一侧）时，采用前向拷贝（从低地址到高地址）；否则说明 dst 落在 src 的后半段，存在覆盖风险，就改用反向拷贝（从高地址到低地址）。这种方向选择是 memmove 与 memcpy 的关键差异，能安全处理重叠区域。

void *my_memmove(void *dst, const void *src, size_t count) 
{
    void *ret = dst;
    if (dst <= src || (char *)dst >= ((char *)src + count)) 
    {
        while (count--) 
        {
            *(char *)dst = *(char *)src;
            dst = (char *)dst + 1;
            src = (char *)src + 1;
        }
    } 
    else 
    {
        dst = (char *)dst + count - 1;
        src = (char *)src + count - 1;
        while (count--) 
        {
            *(char *)dst = *(char *)src;
            dst = (char *)dst - 1;
            src = (char *)src - 1;
        }
    }
    return ret;
}

实现上将指针统一强转为 char*，以逐字节复制，保证对任意对象表示的合法访问；每次复制后移动指针并递减 count，直到复制完成。函数入口处把 dst 备份到 ret，最终按标准约定返回目标起始地址，便于链式或后续使用。整体时间复杂度 O(n)、空间 O(1)，适合通用场景。

🧱 四、memset —— 内存初始化好帮手

它的作用是将从指定地址 ptr 开始的连续 num 个字节，全部设置为给定的值 value（按字节填充）。常用于数组、结构体或缓冲区的快速清零、初始化等操作。
需要注意的是，memset 按字节工作，并不会把整数数组设为某个具体数字（例如 memset(arr, 1, sizeof(arr)) 只是将每个字节设为 0x01）。

正确使用时，它是 C 语言中最高效的内存初始化工具之一。

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    char str[] = "hello world";
    memset(str, 'x', 6);
    printf("%s", str);
    return 0;
}

🖨️ 输出：

xxxxxxworld

⚖️ 五、memcmp —— 比较二进制内容的裁判

它会从 ptr1 和 ptr2 指向的地址开始，逐字节比较前 num 个字节的内容。如果两块内存完全相同则返回 0；若第一个不相同的字节中，ptr1 的值大于 ptr2 的值则返回正数，否则返回负数。
与 strcmp 不同，memcmp 不依赖字符串结束符 '\0'，因此可用于比较任意类型的二进制数据，如结构体、文件缓冲区等。

它常用于内存校验、排序或验证数据是否一致的底层操作中。

#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' > '%s'\n", buffer1, buffer2);
    else if (n < 0)
        printf("'%s' < '%s'\n", buffer1, buffer2);
    else
        printf("'%s' == '%s'\n", buffer1, buffer2);
    return 0;
}

🖨️ 输出：

'DWgaOtP12df0' > 'DWGAOTP12DF0'

🧩 六、四大函数对比总结

函数	功能	是否重叠安全	典型用途
memcpy	内存拷贝	❌ 否	快速复制数据
memmove	内存拷贝（重叠安全）	✅ 是	缓冲区移动
memset	内存填充	—	初始化数组、结构体
memcmp	内存比较	—	校验、排序、验证