深入理解指针(一)

一、内存和地址

1.1内存

在说内存和地址之前,在我们生活中有这么个例子:

假如有一栋楼,楼上有很多个房间,如果你的朋友想来找你,就得挨个去找,这样效率很低,但如果我们知道房间号,就会很容易。

上面的例子放到计算机中也一样。

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,相当于一个房间,一个字节空间里面能放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

1.2地址

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"do、re、mi、fa、so、la、xi"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!

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。

二、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。

例如:

#include<stdio.h>

int main()

{

int a = 10;

return 0;

}

上述代码创建了整型变量,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。

分别是:

0x00AFF9B8

0x00AFF9B9

0x00AFF9BA

0x00AFF9BB

那我们如何得到a的地址呢?

这里要用到一个操作符&,取地址操作符。

2.2指针变量引用和解引用操作符(*)

2.2.1指针变量

我们通过取地址操作符(&)拿到的地址是一个数值,那么怎么把它存起来呢,这就要用到指针了。

#include<stdio.h>

int main()

{

int a = 6;

int* pa = &a;

return 0;

}

2.2.2如何拆解指针类型

我们看上述代码,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。

那如果是一个char类型的变量呢?那就要写成这样:

char ch = 'a';

char* pc = &ch;

2.2.3解引用操作符

我们将地址保存起来,那之后怎么使用呢?

我们需要拿到地址(指针),通过地址找到它所指向的对象,这里就运用到一个操作符叫解引用操作符(*)。

#include<stdio.h>

int main()

{

int a = 6;

int* pa = &a;

*pa = 0;

return 0;

}

上述代码中我们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。

有人肯定在想,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>

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,即4个字节。

64位平台下地址是64个bit位,即8个字节。

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