当前位置：首页 > news >正文

C语言：深入理解指针(1)

news 文章来源：https://blog.csdn.net/2402_84021550/article/details/144091724 2025/1/10 23:49:20

在这里插入图片描述

一.内存和地址

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：
1 一楼：101,102,103…
2 二楼：201,202,203…
3…
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机中，又是怎么样呢？

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。

补充：

在这里插入图片描述

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。

我们来画图理解一下

在这里插入图片描述

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。

在这里插入图片描述

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"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

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个地址。根地址线，就能表示2^32种含义，每一种含义都代表一地址。

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

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：

在这里插入图片描述
我们可以打开调试窗口内存来看内存分配情况。

在这里插入图片描述

我们可以看到每一个字节都有一个地址，但是我们要知道a的地址是创建变量a申请空间的第一个字节的地址，取的是地址较小的那个地址。

在这里插入图片描述

虽然整型变量占用4个字节，我们只要知道了第一个字节的地址，顺藤摸瓜访问到4个字节的数据也是可以的。

2.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。

我们先来看例子：

在这里插入图片描述
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。

我们来稍微总结一下：

在这里插入图片描述

我们看到pa的类型是int*，我们该如何理解指针的类型呢?

1   int a = 10;
2   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。

在这里插入图片描述

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？

1  char ch = 'w';
2  char* pc = &ch ;

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（*)。

在这里插入图片描述

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;

但是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，为了我们写代码就会更加灵活，后期慢慢就能理解了。

来看相关的例子：

在这里插入图片描述

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。

在这里插入图片描述

我们来看分别在x86和x64环境下指针变量的大小。

在这里插入图片描述

总结一下

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。

三.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。

1.指针的解引用

我们来看两段代码

在这里插入图片描述

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。
所以指针类型意义是非常重要的，比如你想要访问这个地址多少字节，通过指针类型来决定的。

2.指针加减整数

我们先看一段代码，调试观察地址的变化。

在这里插入图片描述

我们可以看到pi加一地址加上了4，pc加一地址加上了1，它们两个的区别是还是指针类型的区别。因为pi是int *指针认为它是整型类型的变量，一次能访问4个字节，所以加一跳4个字节，pc是char *指针认为它是字符类型的变量，一次只能访问一个字节，所以加一跳一个字节。这就是指针变量的类型差异带来的变化，指针可以+1，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）。