深⼊理解指针(1)

1. 内存和地址
 
1.1 内存
 
       我们知道计算机上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
 
计算机中常见的单位(补充):
⼀个比特位可以存储⼀个2进制的位1或者0
 
 
内存单元的编号 == 地址 == 指针
 
举例说明:
 
 
1.2 究竟该如何理解编址
 
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。
 
 
 
 
 
 
 
 
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。
 
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。
 
 
2. 指针变量和地址
 
2.1 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,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
 
通过⼀个操作符(&)-取地址操作符得到a的地址。
 
 
&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。
 

 2.2 指针变量和解引用操作符(*)

2.2.1 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,那地址值存放在哪里呢?
 
答案是: 指针变量中
 
比如:
#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。
 
2.2.2 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* ,
* 表示pa是指针变量,
int 表示pa指向的变量a的类型是整型
 
2.2.3 解引用操作符(*)
 
int main()
{
 int a = 100;
 int* pa = &a;
 *pa = 0;
 return 0;
}
上面代码中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.
 
 
2.3 指针变量的大小
 
#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;
}

 

 

3. 指针变量类型的意义 

3.1 指针的解引用
 
对比,下面2段代码,主要在调试时观察内存的变化
//代码1
#include <stdio.h>
int main()
{
 int n = 0x11223344;
 int *pi = &n; 
 *pi = 0; 
 return 0;
}
//代码2
#include <stdio.h>
int main()
{
 int n = 0x11223344;
 char *pc = (char *)&n;
 *pc = 0;
 return 0;
}
       调试我们可以看到,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。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.2 指针+-整数

先看⼀段代码,调试观察地址的变化

#include <stdio.h>
int main()
{
 int n = 10;
 char *pc = (char*)&n;
 int *pi = &n;
 
 printf("%p\n", &n);
 printf("%p\n", pc);
 printf("%p\n", pc+1);
 printf("%p\n", pi);
 printf("%p\n", pi+1);
 return 0;
 }
代码运行的结果如下:
 
 
      我们可以看出, 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,其实跳过1个指针指向的元素。指针可以+1,那也可以-1。
 
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)。
 
3.3 void* 指针
 
       在指针类型中有⼀种特殊的类型是 void * 类型的,可以理解为无具体类型的指针(或者叫泛型指针),这种类型的指针可以用来 接受任意类型地址(垃圾堆)。
 
       但是也有局限性, void* 类型的指针不能直接进 行指针的+-整数和解引用的运算。
 
举例:
int main()
{
 int a = 10;
 int* pa = &a;
 char* pc = &a;
 return 0;
}
       在上面的代码中,将⼀个int类型的变量的地址赋值给⼀个char*类型的指针变量。编译器给出了⼀个警告(如下图),是因为类型不兼容。而使用void*类型就不会有这样的问题。
 
 
使用void*类型的指针接收地址:
 
#include <stdio.h>
int main()
{
 int a = 10;
 void* pa = &a;
 void* pc = &a;
 
 *pa = 10;
 *pc = 0;
 return 0;
}
VS编译代码的结果:
 
 
       void* 类型的指针可以接收不同类型的地址,但是无法直接进行指针运算。
 
那么 void* 类型的指针到底有什么用呢?
       
        ⼀般 void* 类型的指针是使用在函数参数的部分,用来接收不同类型数据的地址,这样的设计可以实现泛型编程的效果,使得⼀个函数来处理多种类型的数据。

 

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