指针（一）

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前言

下面要跟大家一起探索C语言最难的部分–指针

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正片开始

1、内存和地址

1.1.内存

在计算中，每一个软件都存放在内存中，那么什么是内存呢？
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

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

1byte = 8bit
1KB = 1024byte
1MB = 1024KB
1GB = 1024MB
1TB = 1024GB
1PB = 1024TB

其中，每个内存单元，⼀个字节空间⾥⾯能放8个比特位。
每个内存单元也都有⼀个编号,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。
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 究竟该如何理解编制

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。
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！

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。
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。

2、指针变量和地址

2.1取地址符操作符（&）

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>
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：

0x006FFD70
0x006FFD71
0x006FFD72
0x006FFD73

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;
	printf("%p\n", &a);//%p专门打印地址
	return 0;
}

&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：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。
⽐如：

#include<stdio.h>
int main()
{
	int a = 20;
	int* pa = &a;

	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。
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？

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(*)。
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.
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。

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>
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;
}

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？
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。

#include<stdio.h>
int main()
{
	int n = 0x11223344;
	int* pc = &n;
	*pc = 0;
	printf("%xd", n);
	return 0;
}

#include<stdio.h>
int main()
{
	int n = 0x11223344;
	char* pc = &n;
	*pc = 0;
	printf("%xd", n);
	return 0;
}

分别运行一下:
第一个代码调试结果：

第二个代码调试结果：

咱们在进行一次内存检测：
第一个代码测试：
第二个代码测试：
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;
}

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）。

3.3,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。

#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（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*类型的指针接收地址：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 10;
	void* pa = &a;
	void* pc = &a;

	*pa = 10;
	*pc = 0;
	return 0;
}

调试结果：

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，在《深⼊理解指针(4)》中我们会讲解。

4、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 <stdio.h>
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。
但是如果我们绕过n，使⽤n的地址，去修改n就能做到了，虽然这样做是在打破语法规则。

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

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
⼀般来讲const修饰指针变量，可以放在的左边，也可以放在的右边，意义是不⼀样的。

int * p;//没有const修饰？
int const * p;//const 放在*的左边做修饰
int const p;//const 放在的右边做修饰

我们看下⾯代码，来分析具体分析⼀下：

#include <stdio.h>
//代码1 - 测试⽆const修饰的情况
void test1()
{
	int n = 10;
	int m = 20;
	int* p = &n;
	*p = 20;//ok?
	p = &m; //ok?
}
//代码2 - 测试const放在*的左边情况
void test2()
{
	int n = 10;
	int m = 20;
	const int* p = &n;
	*p = 20;//ok?
	p = &m; //ok?
}
//代码3 - 测试const放在*的右边情况
void test3()
{
	int n = 10;
	int m = 20;
	int* const p = &n;
	*p = 20; //ok?
	p = &m; //ok?
}
//代码4 - 测试*的左右两边都有const
void test4()
{
	int n = 10;
	int m = 20;
	int const* const p = &n;
	*p = 20; //ok?
	p = &m; //ok?
}
int main()
{
	//测试⽆const修饰的情况
	test1();
	//测试const放在*的左边情况
	test2();
	//测试const放在*的右边情况
	test3();
	//测试*的左右两边都有const
	test4();
	return 0;
}

结论：const修饰指针变量的时候

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。

---

完