C言語でメモリ内のデータをビット単位で表示する方法と構造体の理解

 1#include <stdio.h>
 2#include <stdlib.h>
 3#include <stdint.h>
 4
 5// ビット列を表示する関数
 6void print_bits(uint8_t byte) {
 7    // バイトの各ビットを表示
 8    for (int i = 7; i >= 0; i--) {
 9        // ビットシフトして最上位ビットを取得し、1または0として表示
10        printf("%d", (byte >> i) & 1);
11    }
12}
13
14// メイン関数
15int main(int argc, char *argv[]) {
16    // コマンドライン引数のチェック
17    if (argc != 2) {
18        fprintf(stderr, "Usage: %s <filename>\n", argv[0]);
19        return EXIT_FAILURE;
20    }
21
22    const char *filename = argv[1]; // コマンドライン引数からファイル名を取得
23    FILE *file = fopen(filename, "rb"); // バイナリモードでファイルを開く
24
25    // ファイルオープンエラーの処理
26    if (!file) {
27        perror("Error opening file");
28        return EXIT_FAILURE;
29    }
30
31    // ファイルのサイズを取得するためにファイルの終端に移動
32    fseek(file, 0, SEEK_END);
33    long file_size = ftell(file); // ファイルサイズを取得
34    fseek(file, 0, SEEK_SET); // ファイルポインタを元に戻す
35
36    // ファイルサイズ分のメモリを確保
37    uint8_t *data = (uint8_t *)malloc(file_size);
38    if (!data) {
39        perror("Error allocating memory");
40        fclose(file);
41        return EXIT_FAILURE;
42    }
43
44    // ファイルからメモリにデータを読み込む
45    fread(data, 1, file_size, file);
46    fclose(file); // ファイルを閉じる
47
48    // 各バイトを表示するループ
49    for (long i = 0; i < file_size; i++) {
50        // バイトのメモリアドレスとそのビット列、16進数表示を出力
51        printf("0x%08lx: ", (long)(uintptr_t)(data + i));
52        print_bits(data[i]); // ビット列を表示
53        printf(" | 0x%02x\n", data[i]); // 16進数表記を表示
54    }
55
56    // 確保したメモリを解放
57    free(data);
58    return EXIT_SUCCESS;
59}

 1$ cat sample.txt
 2Hello, world!
 3
 4$ ./a.out sample.txt
 50x6000029c8020: 01001000 | 0x48
 60x6000029c8021: 01100101 | 0x65
 70x6000029c8022: 01101100 | 0x6c
 80x6000029c8023: 01101100 | 0x6c
 90x6000029c8024: 01101111 | 0x6f
100x6000029c8025: 00101100 | 0x2c
110x6000029c8026: 00100000 | 0x20
120x6000029c8027: 01110111 | 0x77
130x6000029c8028: 01101111 | 0x6f
140x6000029c8029: 01110010 | 0x72
150x6000029c802a: 01101100 | 0x6c
160x6000029c802b: 01100100 | 0x64
170x6000029c802c: 00100001 | 0x21
180x6000029c802d: 00001010 | 0x0a
19
20$ hexdump -C sample.txt
2100000000  48 65 6c 6c 6f 2c 20 77  6f 72 6c 64 21 0a        |Hello, world!.|
220000000e

1typedef struct {
2    char c;      // 1バイトの文字データ
3    char s[4];   // 最大3バイトの文字列（NULL終端を含む）
4    int i;       // 4バイトの整数（int型）
5    float f;     // 4バイトの浮動小数点数（float型）
6} MyStruct;

1MyStruct myStruct = { 'A', "あ", 0x12345678, 56.78f };

1$ locale charmap
2UTF-8

 1#include <stdio.h>
 2#include <stdint.h>
 3#include <string.h>
 4
 5// 構造体 MyStruct の定義
 6typedef struct {
 7    char c;      // 1バイトの文字データ
 8    char s[4];   // 最大3バイトの文字列（NULL終端を含む）
 9    int i;       // 4バイトの整数（int型）
10    float f;     // 4バイトの浮動小数点数（float型）
11} MyStruct;
12
13int main() {
14    // バイナリファイル "output.bin" を書き込みモードで開く
15    FILE *file = fopen("output.bin", "w");
16    if (file == NULL) {
17        // ファイルが開けなかった場合のエラーメッセージを表示
18        perror("Failed to open file");
19        return 1;  // 異常終了
20    }
21
22    // MyStruct 型の変数を初期化
23    MyStruct myStruct = {
24        'A',             // 文字データとして 'A' をセット
25        "あ",            // 文字列データとして「あ」をセット
26        0x12345678,      // 整数データとして 16進数の値 0x12345678 をセット
27        56.78f           // 浮動小数点データとして 56.78 をセット
28    };
29
30    // myStruct のデータをファイルに書き込む
31    // sizeof(myStruct) は構造体のサイズをバイト単位で取得
32    // 1 は書き込むデータの個数（ここでは1個）
33    fwrite(&myStruct, sizeof(myStruct), 1, file);
34
35    // ファイルを閉じる
36    fclose(file);
37
38    return 0;  // 正常終了
39}

1$ gcc binout.c -o binout
2$ ./binout
3$ ls -l output.bin
4-rw-r--r--  1 dam  wheel  16  9 15 19:14 output.bin

 1$ ./a.out output.bin
 20x60000089c000: 01000001 | 0x41
 30x60000089c001: 11100011 | 0xe3
 40x60000089c002: 10000001 | 0x81
 50x60000089c003: 10000010 | 0x82
 60x60000089c004: 00000000 | 0x00
 70x60000089c005: 00000000 | 0x00
 80x60000089c006: 00000000 | 0x00
 90x60000089c007: 00000000 | 0x00
100x60000089c008: 01111000 | 0x78
110x60000089c009: 01010110 | 0x56
120x60000089c00a: 00110100 | 0x34
130x60000089c00b: 00010010 | 0x12
140x60000089c00c: 10111000 | 0xb8
150x60000089c00d: 00011110 | 0x1e
160x60000089c00e: 01100011 | 0x63
170x60000089c00f: 01000010 | 0x42
18
19$ hexdump -C output.bin
2000000000  41 e3 81 82 00 00 00 00  78 56 34 12 b8 1e 63 42  |A.......xV4...cB|
2100000010