C语言第十七弹---指针(一)

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指针

[3.3、void* 指针](#3.3、void* 指针)

总结

1、内存和地址

1.1、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，给每个房间编上豪，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

bit - ⽐特位    
byte - 字节
KB
MB
GB
TB
PB

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。

⽣活中我们把门牌号 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

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。3 2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。

2、指针变量和地址

2.1、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：(VS x86环境)
指针在内存中所在的字节数是由系统的寻址能力决定的，寻址能力就是CPU对于该数据范围处理的极限能力，理论上32位系统(x86环境)的寻址能力是2的32次（4GB，也就是现在的虚拟内存为4GB），也就是32bit，按照一个字节8bit来算就是4个字节。
因此x86环境指针为8个bit位。

0x006FFD70
0x006FFD71
0x006FFD72
0x006FFD73

//此结果并不是固定的，因此不必因为自己代码结果不一样觉得有问题。

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;
}

按照博主画图的例子，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。

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，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。
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* ， * 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。

那如果有⼀个char类型的变量ch，ch的地址，要放在什么类型的指针变量中呢？

char ch = 'w';
pc = &ch;//pc 的类型怎么写呢？

char* pc=&ch;

2.2.3、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;//第七行
 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。

2.3、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，那么指针变量的大小就得是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）
int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(char*));
	printf("%zd\n", sizeof(short*));
	printf("%zd\n", sizeof(int*));
	printf("%zd\n", sizeof(double*));
	return 0;
}

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。

3、指针变量类型的意义

指针变量的大小和类型无关，只要是指针变量，在同⼀个平台下，大小都是⼀样的，为什么还要有各种各样的指针类型呢？
其实指针类型是有特殊意义的，我们接下来继续学习。

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。
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）。
比如： char* 的指针解引用就只能访问⼀个字节，而int* 的指针的解引用就能访问四个字节。

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。
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。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：

#include <stdio.h>
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：

这里我们可以看到， 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，在后序指针会详细讲解。

总结

本篇博客就结束啦，谢谢大家的观看，如果公主少年们有好的建议可以留言喔，谢谢大家啦！