C语言深入理解指针(1)

news2024/11/23 7:45:31

前言

小陈也是学完了指针,还是有很多不多的地方,接下来会输出5篇博客去帮助自己彻底弄懂指针,以前的知识也需要复盘了呀。

内存和地址

1.1 内存

举个例子,去理解这两个的词,一个外卖员去送外卖,他首先需要知道的是客户的地址,所以他需要知道是哪个小区,哪个楼,哪个单元,门牌号是多少,层层递进,去找到客户的地址,这个地址的编号,也就是门牌号,就是内存的编号=地址=指针
计算机上的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,在内存中读数据,处理后的数据也会放回内存中,内存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,1个字节放8个比特位,1个宿舍可以放8个人。

 bit - ⽐特位    
 byte - 字节  
 KB
 MB
 GB
 TB
 PB  


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

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。

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。

2.指针变量和地址

2.1取地址操作符(&)

取地址操作符顾名思义就是取出这个值的地址,而且是较小的地址,创建变量其实就是向内存申请空间。

#include <stdio.h>
int main()
{
 int a = 10;//创建整型变量a,赋值为10。
 &a;//取出a的地址 0X006FFD70
 printf("%p\n",&a);
 return 0;
 }

image.png
&a取出的是a所占4个字节中地址较小的字节的地址。

2.2 指针变量和解引⽤操作符(* )

2.2.1 指针变量

从取地址操作符(&)拿出的地址是一个数值,存储起来,放在指针变量中

#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
 //pa的类型是int ,int在说明pa指向的对象是int类型的,
 //*在说明pa是指针变量
 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 拆解指针类型

pa的类型是int*,我们该如何理解指针的类型

int a = 10;
int * pa = &a;

pa左边是int* * 说明pa是一个指针变量,int说明pa指向的是int类型的对象

int a =10; //a是int类型int * pa = &a; //pa在int* 类型

char ch = 'w';
pc = &ch; //pc的类型怎么写?

2.2.3 解引用操作符

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;
}

*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,把a改成了0。

2.3.4 指针变量的大小

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

3.1 指针的解引⽤

#include <stdio.h>
int main()
{
 int n = 0x11223344;
 int * pi = &n; 
 ///把n的地址放在pi指针变量中,pi指向的对象类型是int整型,pi的类型是int*
 *pi = 0; 
 //把指针变量pi改成0,找到n的地址,去改n
 return 0;
}
#include <stdio.h>
int main()
{
 int n = 0x11223344;
 char * pc = (char *)&n;
 //强制转换类型,将int类型转换为char类型
 *pc = 0;
 return 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。
char * pc = (char *)&n;
*对该地址进行强转。char表示该地址存储的数据类型,表示操作的是一个地址,不加就会当作普通的强制转换,返回的是将n的地址作为一个整数,保留一个字节后的数据。

3.2 指针±整数

#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;
}

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。 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;
}

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。

#include <stdio.h>
int main()
{
 int a = 10;
 void* pa = &a;
 void* pc = &a;
 
 *pa = 10;
 *pc = 0;
 return 0;
}

总之用void类型可以接收任何类型的地址,但是无法直接 直接 进行指针运算
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。

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