灵魂指针，教给（一）

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系列专栏  C语言知识

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一、内存和地址

1.1 内存

在介���知识之前，先来想一个生活中的小栗子：

假如把你放在一个有100间屋子的酒店里，但是没有门牌号，你想让你的好朋友来找你玩，这种情况好朋友就得一个房间一个房间去找，非常的麻烦。但是如果有了门牌号，我们就可以告诉好朋友，他就可以迅速精准地找到你所在的房间。

 把上述的栗子，映射到计算机上，就成为了我们今天所介绍的内存。

我们知道，在计算上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，处理后的数据也是会放回内存中。我们在买电脑的时候，内存会有8GB/16GB/32GB等等，这些内存是如何高效管理的呢？

事实上，也是通过把内存划分为一个个的小单元格，每个单元格的大小取1个字节。

bit - ⽐特位byte - 字节KBMBGBTBPB

1byte = 8bit1KB = 1024byte1MB = 1024KB1GB = 1024MB1TB = 1024GB1PB = 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，我们把门牌号叫作地址，计算机中也不例外，我们刚说了内存就像宿舍，就像屋子，那它的编号（门牌号）就是它的地址。而在C语言里，我们给它取了个新的名字——指针。

所以我们可以理解为：

内存单元的编号 == 地址 == 指针

1.2 如何理解编址

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“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！ 

硬件编址亦是如此。 

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。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（&）

我们在操作符那里挖了个坑，详见：

武器大师——操作符详解（下）-CSDN博客

理解了内存与指针的关系，我们再回到C语言，在C语言中创建变量的过程其实本质就是向内存申请空间，eg：

#include int main(){ int a = 10; return 0;}

上述代码，我们创建了整型变量a，我们知道整型是4个字节，所以向内存申请了这四个空间：

0x006FFD700x006FFD710x006FFD720x006FFD73

我们如何得到a的地址呢？这里用到了取地址操作符（&），长得像我们之前学过的按位与。

#include int main(){ int a = 10; &a;//取出a的地址 printf("%p\n", &a); return 0;}

虽然我们整型占用四个字节，但是实际上我们只需要知道第一个字节的地址，就可以顺藤摸瓜获取接下来的地址。

2.2 指针变量与解引用操作符（*）

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。eg：

#include 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。

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 int main(){ int a = 100; int* pa = &a; *pa = 0; return 0;}

 上述代码第7行就使用了解引用，*pa其实就是表示的指针指向的对象，也就是变量a，这步操作相当于把a的值改成了0。有人会问道：“那我直接改a=0不是更简单嘛，为什么非要写一个指针呢？”，其实这样对a多了一种途径，会让你的代码更有灵活性和可操作性。

2.3 指针变量的大小

这里先说结论：32位处理器（x86）下是4个字节，64位处理器（x64）下是8个字节。

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 //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;}

x86环境下结果：

x64环境下结果：

注意指针变量的大小跟类型无关！只要是指针类型的变量，在相同的平台下，大小是相同的。

三、指针变量类型的意义

既然我们前面说了，指针变量的大小在相同的平台下是相同的，那不同类型的指针变量有什么意义呢？

3.1 指针的解引用

我们来看下面两段代码：

//代码1#include int main(){ int n = 0x11223344; int *pi = &n;  *pi = 0;  return 0;}

//代码2#include int main(){ int n = 0x11223344; char *pc = (char *)&n; *pc = 0; return 0;}

经过调试我们可以看到，代码1将n的4个字节全改为0，而代码2只改了一个字节。

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

#include 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;}

 我们直接看上述代码以及结果：

我们可以看出，char*类型的指针变量+1的话，跳过了1个字节，而int*类型的跳过了4个字节。这就是指针类型导致的变化。

结论：指针的类型决定了指针向前或向后走的距离有多大

 3.3 void*指针

这是一种特殊类型的指针，void 译为无效、空的，可以理解为无具体类型的指针或者泛型指针，我们在前面学过void类型的函数。它可以接收任意类型的地址，但是我们说人无完人，它也有局限性的，它不可以进行+-以及解引用的操作。

来举个例子：

#include 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*接收：

#include int main(){ int a = 10; void* pa = &a; void* pc = &a;  *pa = 10; *pc = 0; return 0;}

一般void*类型的指针是用在函数参数的部分的，我们以后也会讲到（又挖个坑 *^▽^* ）。

四、const修饰指针

4.1 const修饰变量

变量是可以修改的，如果把变量的地址交给⼀个指针变量，通过指针变量的也可以修改这个变量。 但是如果我们希望⼀个变量加上⼀些限制，不能被修改，怎么做呢？这就是const的作⽤。

 

#include int main(){ int m = 0; m = 20;//m是可以修改的 const int n = 0; n = 20;//n是不能被修改的 return 0;}

上述代码中n是不能被修改的，其实n本质是变量，只不过被const修饰后，在语法上加了限制，只要我们在代码中对n就⾏修改，就不符合语法规则，就报错，致使没法直接修改n。 

但是我们如果绕过n，使用n的地址，去修改n，就可以做到了：

#include int main(){ const int n = 0; printf("n = %d\n", n); int*p = &n; *p = 20; printf("n = %d\n", n); return 0;}

来看运行结果： 

 

我们可以看到这⾥⼀个确实修改了，但是我们还是要思考⼀下，为什么n要被const修饰呢？就是为了不能被修改，如果p拿到n的地址就能修改n，这样就打破了const的限制，这是不合理的，所以应该让p拿到n的地址也不能修改n，那接下来怎么做呢？

4.2 const修饰指针变量

 这里讲个小故事，说有一对小情侣在逛街，女生想吃凉皮，一碗凉皮十块钱，但是男生兜里只有十块钱，女生看了看男生，男生说凉皮一看就不好吃，女生说你要是不想买，我就换男朋友，男生着急了，一狠心说了句，买可以但是你不可以换男朋友，女生点了点头，最后他们幸福的生活在了一起。

这个故事其实就类似于const修饰指针变量。

int *const p;int const* p;

我们把p看成钱，第一行代码就是，const放在右边，修饰限制指针p所指向的值，这个值不可以更改，就像刚开始，男生不想动自己仅剩的钱。

第二行，const放在左边，就可以看成，男生不想让女生换对象，const修饰限制p指向的对象不可以变。

const如果放在*的左边，修饰的是指针指向的内容，保证指针指向的内容不能通过指针来改变。但是指针变量本⾝的内容可变。 const如果放在*的右边，修饰的是指针变量本⾝，保证了指针变量的内容不能修改，但是指针指向的内容，可以通过指针改变。

五、指针运算

指针运算一共分为三种：指针+-运算、指针-指针、指针的关系运算。

5.1 指针+-整数

由于数组在内存中的存放是连续的，我们根据这一特性，只要知道第一个元素的地址，就可以顺藤摸瓜得到任意想要的元素，这就是指针的灵活性所在。

#include //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