【C语言入门10】指针（1）

1.内存和地址

1.1内存

在讲内存和地址之前，我们想一个生活中的案例：

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，我们就可以快速的找到房间。

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。

对于计算机也是如此，我们知道计算机上CPU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去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1或0

1Byte = 8bit

1KB = 1024Byte

1MB = 1024Byte

1GB = 1024KB

1TB = 1024GB

1PB = 1024TB

其中，每个内存单元，相当于一个学生宿舍 ，一个字节空间里面能放8个比特位，就好比同学住的八人间，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。然后这些编号是不需要存的（1.2）。

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地址。C语言中给地址起了新的名字叫：指针。

内存单元的编号 == 地址 == 指针

1.2究竟该如何理解编址

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？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，两者必须也用先连起来。

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。

像乐器上面没有写上"剁、来、咪、发、唆、拉、西"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其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

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（高低电平），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。

给内存里每一个独立的存储单元（我们 PC 默认是 1 个字节）分配一个唯一编号，这个编号就叫【地址】；CPU 靠这个编号，找到对应的字节。

CPU：把地址二进制信号发到地址总线

地址总线：送到内存芯片的地址译码器

译码硬件电路自动算出：这个二进制地址对应哪一个存储单元，把它选中

CPU通过控制总线发信号：是读内存，还是写内存

数据走数据总线双向传输

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：

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。

我们如果要取a的地址，就可以是使用（&）- 取地址操作符。

&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（*）

那我们通过取地址操作符（&）拿到的地址是一个数值，如：000000AB01EFF884，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？放在指针变量中。

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int*，*是在说明pa事指针变量，而前面的int是在说明pa指向的是整型（int）类型的对象。

cpp 复制代码

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时在说明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？

cpp 复制代码

char ch = 'w';
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，我们只要拿到地址（指针），就可以通过地址（指针）找到（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（*）。

上面代码中printf("%d\n", *pa)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，所以打印结果是10。

然后我们还能通过*pa=0，把a改成0，把a的修改交给了pa来操作，这样对a的修改，就多了一种途径，写代码就会更加灵活。

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。

cpp 复制代码

#include<stdio.h>
int main()
{
	//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）
	printf("%zd\n", sizeof(char*));
	printf("%zd\n", sizeof(int*));
	printf("%zd\n", sizeof(short*));
	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？

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。

cpp 复制代码

int main()
{
	int n = 0x11223344;
	int* pi = &n;
	*pi = 0;
	return 0;
}

int main()
{
	int n = 0x11223344;
	char*pi = (char*) & n; //强制转换只改（指针的解读规则），不改内存里已经存在的那 4 个字节
	*pi = 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

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）。

3.3void*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收任意类型地址。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。

使用void*类型的指针接收地址：

cpp 复制代码

int main()
{
	int a = 10;
	void* pv1 = &a;
	void* pv2 = &a;

	*pv1 = 10;
	*pv2 = 0;
	return 0;
}

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。

4.指针运算

指针 + 整数 = 指针

指针 - 整数 = 指针

指针 - 指针 = 整数得到的是指针和指针之间的元素各数，前提：两个指针指向同一块空间

4.1指针+-整数

因为数组在内存中是连续存放的，只要知道第一个元素的地址，顺藤摸瓜就能找到后面的所有元素。

cpp 复制代码

int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int* p = &arr[0];
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));
	}
	return 0;
}

int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int* p = &arr[0];
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *p );
		p++;
	}
	p = &arr[0];//回到起始位置
	return 0;
}

4.2指针-指针

cpp 复制代码

#include<string.h>
size_t my_strlen(char* p)
{
	char* start = p;  //指针变量，存的是起始地址
	while (*p != '\0')//*p解引用，p这个地址里面存的字符
		p++;
	return p - start;
}

int main()
{
	char arr[] = "abcdef";
	//[a b c d e f \0]
	size_t len = my_strlen(arr);//统计的是\0之前的字符个数
	printf("%zu\n", len);
	return 0;
}

//数组名是地址；是数组首元素的地址；&arr[0] = arr
//数组名在传参的时候,把数组首元素arr[0]的地址赋值给指针变量 p。

4.3 指针的关系运算

< > <= >= == !=

cpp 复制代码

int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int* p = arr;
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	while (p < &arr[sz]) 
	{
		printf("%d ", *p);
	}
	return 0;
}

本文主要围绕 C 语言中的内存与指针展开，首先介绍了内存单元、地址以及内存编址的基本概念，接着学习了取地址操作符&、解引用操作符 *和指针变量的大小。随后，进一步分析了不同指针类型的作用，理解了指针类型对解引用权限和指针步长的影响，并介绍了void* 指针的特点。最后，通过数组遍历、模拟 strlen 函数以及指针关系运算等示例，学习了指针的基本运算方式。

指针是 C 语言学习中的重要内容，也是理解数组、函数参数和动态内存管理的基础。初学阶段不仅要记住指针的使用方法，更要理解地址、类型与内存之间的关系，多动手调试代码，才能逐步掌握指针的使用技巧。

本文作为个人 C 语言学习笔记，如有理解不准确或存在错误的地方，欢迎大家批评指正！