内存和地址
内存
在讲内存和地址之前,我们想有个⽣活中的案例: 假设有⼀栋宿舍楼,把你放在楼⾥,楼上有100个房间,但是房间没有编号,你的⼀个朋友来找你玩, 如果想找到你,就得挨个房⼦去找,这样效率很低,但是我们如果根据楼层和楼层的房间的情况,给每个房间编上号,如:
⼀楼:101,102,103...
⼆楼:201,202,203....
...
有了房间号,如果你的朋友得到房间号,就可以快速的找房间,找到你。
⽣活中,每个房间有了房间号,就能提⾼效率,能快速的找到房间。
如果把上⾯的例⼦对照到计算中,⼜是怎么样呢?
我们知道计算上CPU(中央处理器)在处理数据的时候,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,那我们买电脑的时候,电脑上内存是8GB/16GB/32GB等,那这些内存空间如何⾼效的管理呢?
其实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。 计算机中常⻅的单位:
⼀个⽐特位可以存储⼀个2进制的位1或者0
1byte = 8bit 1KB = 1024byte 1MB = 1024KB 1GB = 1024MB 1TB = 1024GB 1PB = 1024TB
其中,每个内存单元,相当于⼀个学⽣宿舍,⼀ 个⼈字节空间⾥⾯能放8个⽐特位,就好⽐同学们 住的⼋⼈间,每个⼈是⼀个⽐特位。 每个内存单元也都有⼀个编号(这个编号就相当于宿舍房间的⻔牌号),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。
⽣活中我们把⻔牌号也叫地址,在计算机中我们把内存单元的编号也称为地址。C语⾔中给地址起 了新的名字叫:指针。 所以我们可以理解为:
内存单元的编号 == 地址 == 指针
究竟该如何理解编址
CPU访问内存中的某个字节空间,必须知道这个 字节空间在内存的什么位置,⽽因为内存中字节 很多,所以需要给内存进⾏编址(就如同宿舍很多,需要给宿舍编号⼀样)。
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。 钢琴、吉他 上⾯没有写上“都瑞咪发嗦啦”这样 的信息,但演奏者照样能够准确找到每⼀个琴弦的每⼀个位置,这是为何?因为制造商已经在乐器硬件层⾯上设计好了,并且所有的演奏者都知道。本质是⼀种约定出来的共识!
硬件编址也是如此
⾸先,必须理解,计算机内是有很多的硬件单元,⽽硬件单元是要互相协同⼯作的。所谓的协 同,⾄少相互之间要能够进⾏数据传递。 但是硬件与硬件之间是互相独⽴的,那么如何通信呢?答案很简单,⽤"线"连起来。 ⽽CPU和内存之间也是有⼤量的数据交互的,所以,两者必须也⽤线连起来。 不过,我们今天关⼼⼀组线,叫做地址总线。
我们可以简单理解,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 ⼀根线,就能表⽰2种含义,2根线就能表⽰4种含义,依次类推。32根地址线,就能表⽰2^32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,将数据在通过数据总线传⼊ CPU内寄存器。
指针变量和地址
取地址操作符(&)
理解了内存和地址的关系,我们再回到C语⾔,在C语⾔中创建变量其实就是向内存申请空间,⽐如:
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 10;
return 0;
}
⽐如,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:
0x006FFD70 0x006FFD71 0x006FFD72 0x006FFD73
那我们如何能得到a的地址呢? 这⾥就得学习⼀个操作符(&)-取地址操作符
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 10;
&a;//取出a的地址
printf("%p\n", &a);
return 0;
}
按照我画图的例⼦,会打印处理:006FFD70 &a取出的是a所占4个字节中地址较⼩的字节的地 址。
虽然整型变量占⽤4个字节,我们只要知道了第⼀个字节地址,顺藤摸⽠访问到4个字节的数据也是可⾏的。
指针变量和解引⽤操作符(*)
指针变量
那我们通过取地址操作符(&)拿到的地址是⼀个数值,⽐如:0x006FFD70,这个数值有时候也是需要 存储起来,⽅便后期再使⽤的,那我们把这样的地址值存放在哪⾥呢?答案是:指针变量中。
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 10;
int* pa = &a;//取出a的地址并存储到指针变量pa中
return 0;
}
指针变量也是⼀种变量,这种变量就是⽤来存放地址的,存放在指针变量中的值都会理解为地址。
如何拆解指针类型
我们看到pa的类型是 int* ,我们该如何理解指针的类型呢?
int a = 10; int * pa = &a;
这⾥pa左边写的是 int* , * 是在说明pa是指针变量,⽽前⾯的 int 是在说明pa指向的是整型(int) 类型的对象。
解引⽤操作符
我们将地址保存起来,未来是要使⽤的,那怎么使⽤呢? 在现实⽣活中,我们使⽤地址要找到⼀个房间,在房间⾥可以拿去或者存放物品。 C语⾔中其实也是⼀样的,我们只要拿到了地址(指针),就可以通过地址(指针)找到地址(指针) 指向的对象,这⾥必须学习⼀个操作符叫解引⽤操作符(*)。
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 100;
int* pa = &a;
*pa = 0;
return 0;
}
上⾯代码中第7⾏就使⽤了解引⽤操作符, *pa 的意思就是通过pa中存放的地址,找到指向的空间, *pa其实就是a变量了;所以*pa = 0,这个操作符是把a改成了0. 有同学肯定在想,这⾥如果⽬的就是把a改成0的话,写成 a = 0; 不就完了,为啥⾮要使⽤指针呢? 其实这⾥是把a的修改交给了pa来操作,这样对a的修改,就多了⼀种的途径,写代码就会更加灵活, 后期慢慢就能理解了。
指针变量的⼤⼩
前⾯的内容我们了解到,32位机器假设有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,那我们把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。 如果指针变量是⽤来存放地址的,那么指针变的⼤⼩就得是4个字节的空间才可以。 同理64位机器,假设有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)
int main()
{
printf("%zd\n", sizeof(char *));
printf("%zd\n", sizeof(short *));
printf("%zd\n", sizeof(int *));
printf("%zd\n", sizeof(double *));
return 0;
}
• 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是⽆关的,只要指针类型的变量,在相同的平台下,⼤⼩都是相同的。