深⼊理解指针(1)

深入理解指针(1)

一. 内存和地址

（一）内存

生活中，每个房间有了房间号，就能提高效率，快速的找到房间。对照到计算机中，计算机上CPU（中央处理器）在处理数据时，需要的数据是在内存中读取的，处理后的数据也会放回内存中。
要高效地管理这些内存空间，也是把内存划分为一个个的内存单元，每个内存单元的大小取1个字节，一个字节空间里面能放8个比特位。每个内存单元也都有一个编号（相当于宿舍房间的门牌号），有了这个内存单元的编号，CPU就可以快速找到一个内存空间。在计算机把内存单元的编号称为地址。C语言中给地址起了新的名字叫：指针。
所以可以理解为：内存单元的编号 == 地址 == 指针

计算机中常见的单位：一比特位可以存储一位2进制：1或者0

• 1Byte = 8bit
• 1KB = 1024Byte
• 1MB = 1024KB
• 1GB = 1024MB
• 1TB = 1024GB
• 1PB = 1024TB

（二）如何理解编址

计算机中的编址，并不是把每个字节的地址记录下来，而是通过硬件设计完成的。
计算机内有很多的硬件单元，但是硬件与硬件之间是互相独立的。要用"线"连起来，使硬件单元相互之间能进行数据传递来通信从而协同工作。而CPU和内存之间也有大量的数据交互的，所以，两者必须也用线连起来。不过，此处只介绍一组线——地址总线。
32位机器有32根地址总线，每根线只有两态，表示0,1【电脉冲有无】，那么1根线，就能表示2种含义，32根地址线，就能表示2³²种含义，每一种含义都代表一个地址。地址信息被下达给内存，在内存上，就可以找到该地址对应的数据，再将数据通过数据总线传入CPU内寄存器。

二. 指针变量和地址

（一）取地址操作符&

在C语言中创建变量其实就是向内存申请空间，例如：

上述的代码就是创建了整型变量a，内存中申请4个字节，用于存放整数10，其中每个字节都有地址，上图中4个字节的地址分别是：

• 0x65BD0FF934
• 0x65BD0FF935
• 0x65BD0FF936
• 0x65BD0FF937

&a取出的是a所占4个字节中地址较小的字节的地址。
整型变量占用4个字节，只要知道了第一个字节地址，就可以顺藤摸瓜访问到4个字节的数据。

（二）指针变量和解引用操作符*

1. 指针变量

通过取地址操作符(&)拿到的地址是一个数值，例如：0x65BD0FF934，这个数值有时候也需要存储起来，方便后期再使用，把这样的地址值存放在指针变量中。
指针变量也是一种变量，这种变量是用来存放地址的，存放在指针变量中的值都会理解为地址。
例如：

inta=10;int*pa=&a;//取出a的地址并存储到指针变量pa中

2. 如何拆解指针类型

上例里的指针pa的类型是int*。

• *是在说明pa是指针变量
• *前⾯的int表示pa指向的对象是整型类型。
  
  例如：ch，。

charch='w';//ch是char类型的变量char*pc=&ch;//所以ch的地址是char*类型

3. 解引用操作符

将地址保存起来，怎么使用？
C语言中只要拿到了地址（指针），就可以通过地址（指针）找到地址（指针）指向的对象，需要用到的操作符叫解引用操作符(*)。

inta=100;int*pa=&a;*pa=0;printf("%d\n",a);//0

上面代码中，*pa的意思就是通过pa中存放的地址，找到指向的空间，其实就是a变量；*pa = 0，这个操作符就是把a变量的值改成了0。

（三）指针变量的大小

32位机器，有32根地址总线，每根地址线出来的电信号转换成数字信号后是1或者0，把32根地址线产生的2进制序列当做一个地址，那么一个地址就是32个bit位，需要4个字节才能存储，指针变量的大小就得是4个字节的空间才可以。
同理64位机器，有64根地址线，一个地址就是64个二进制位组成的二进制序列，存储起来就需要8个字节的空间，指针变量的大小就是8个字节。

#include<stdio.h>//指针变量的⼤⼩取决于地址的⼤⼩//32位平台下地址是32个bit位（即4个字节）//64位平台下地址是64个bit位（即8个字节）intmain(){printf("%zd\n",sizeof(char*));printf("%zd\n",sizeof(short*));printf("%zd\n",sizeof(int*));printf("%zd\n",sizeof(double*));return0;}

结论：
• 32位平台下地址是32个bit位，指针变量大小是4个字节
• 64位平台下地址是64个bit位，指针变量大小是8个字节
• 注意：指针变量的大小和类型无关，只取决于地址线，在相同的平台下，大小都是相同的。

三.指针变量类型的意义

（一）指针的解引用

代码1：

代码2：

调试可以看到，代码1会将n的4个字节全部改为0，但是代码2只是将n的第一个字节改为0。
结论：指针的类型决定了，对指针解引用的时候有多大的权限（一次能操作几个字节）。
例如：char*的指针解引用只能访问一个字节，而int*的指针的解引用能访问四个字节。

（二）指针+-整数

char*类型的指针变量+1，跳过1个字节，int*类型的指针变量+1，跳过了4个字节。
这就是指针变量的类型差异带来的变化。指针+1，其实是跳过1个指针指向的元素。
结论：指针的类型决定了指针向前或者向后走一步有多大（距离）。

（三）void*指针

在指针类型中有一种特殊的类型是void *类型，可以理解为无具体类型的指针，这种类型的指针可以用来接受任意类型地址。但是，void*类型的指针不能直接进行指针的+-整数和解引用的运算。
用途：void*类型的指针在函数参数的部分使用，用来接收不同类型数据的地址，这样的设计使得一个函数可以处理多种类型的数据。

四.指针运算

指针的基本运算有三种，分别是：

• 指针+-整数
• 指针-指针
• 指针的关系运算

（一）指针+-整数

数组在内存中是连续存放的，只要知道第一个元素的地址，就能找到后面的所有元素。
方法1：

intarr[10]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};int*pa=&arr[0];//首元素地址inti=0;for(i=0;i<10;i++){printf("%d ",*(pa+i));//指针不动，i变来改变地址，从而打印数组里的值}

方法2：

for(i=0;i<10;i++){printf("%d ",*pa);//指针动，从而打印数组里的值pa++;//缺点：指针改变了，如果后面还要用，要让p回到原来位置，再初始化一下}

（二）指针-指针

指针-指针：得两指针之间的元素个数。（前提：两指针指向同一块空间）
例：strlen函数：计算字符串\0之前的字符个数，用指针-指针实现strlen函数。

#include<stdio.h>size_tmy_strlen(char*p){char*start=p;while(*p!='\0')//!='\0'可以去掉，因为\0的ASCll码是0{p++;}returnp-start;//\0的地址-首地址即字符的个数}intmain(){chararr[]={"abcdef"};size_ta=my_strlen(arr);//自定义函数,数组名等价数组首元素的地址printf("%zu\n",a);//6return0;}

（三）指针的关系运算

intarr[]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};int*p=&arr[0];intsz=sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);//元素个数while(p<&arr[sz])//只是用一下地址，没有非法访问，用地址来循环.{printf("%d ",*p);p++;}