深入理解指针（一）

1.内存和地址

2.指针变量和地址

3.指针变量类型的意义

4.指针运算

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1. 内存和地址

1.1 内存

在讲内存和地址之前，为了大家更好的理解举了这么个例子：

假如有一栋教学楼，刚好你今天在这栋楼的某一个课室上课，已知这栋楼有50个课室，但是没有编号，你的舍友来找你拿宿舍门钥匙， 如果想找到你，就得挨个教室去找，这样效率很低，但是我们如果根据楼层和楼层的教室的情况，给每个房间编上号，如：

一楼：101，102，103......

二楼：201，202，203......

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

有了教室号，你的舍友知道你在那一间教室上课，就可以快速的找到你且拿到宿舍钥匙。生活中，给每个房间编写编号，就能提高效率，能快速地找到你想要找的房间位置。 

 

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

内存单位：

1. bit - 比特位
2. Byte - 字节
3. KB
4. MB
5. GB
6. TB
7. PB

 

 

1. 1Byte = 8bit
2. 1KB = 1024Byte
3. 1MB = 1024KB
4. 1GB = 1024MB
5. 1TB = 1024GB
6. 1PB = 1024TB

其中，每个内存单元，相当于⼀个教室，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 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？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。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

 

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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> 1
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：

1. 0x00EEFAE4  0a  
2. 0x00EEFAE5  00  
3. 0x00EEFAE6  00  
4. 0x00EEFAE7  00

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;
}

 按照我画图的例子，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：0x00EEFAE4 ，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。

char ch = 'w';
pc = &ch;//pc 的类型怎么写呢？

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;return 0;
}

上面代码中第6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8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;
}

 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）：

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。

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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：

//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;
}

运行结果： 

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。

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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，是因为类型不兼容。而使用void*类型就不会有这样的问题， 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。

 

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4. 指针运算

指针的基本运算有三种，分别是：

•   指针+- 整数

•    指针-指针

•   指针的关系运算

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。

1. int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};

 代码：

#include <stdio.h>
//指针+- 整数
int main()
{int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };int* p = &arr[0];int i = 0;int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", *(p + i));//p+i 这⾥就是指针+整数}return 0;
}

运行效果：

  

4.2 指针 - 指针

代码 ：

#include <stdio.h>
int my_strlen(char* s)
{char* p = s;while (*p != '\0') //判断没有'\0';p++;return p - s;
}
int main()
{printf("%d\n", my_strlen("abcdef"));//存在'\0'有7个字符。return 0;
}

运行效果：

4.3 指针的关系运算 

代码： 

//指针的关系运算
#include <stdio.h>
int main()
{int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };int* p = &arr[0];int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);while (p < arr + sz) //指针的⼤⼩⽐较{printf("%d ", *p);p++;}return 0;
}

 运行效果：

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本章学习就到这啦！如果内容对你有用 ，请不忘三连支持一波！！！！

完。