C:初识指针—学习笔记

前言：

1、内存和地址

1.1 理解内存和地址

1.2 理解编址

2、指针变量和地址

2.1 取地址操作符：&

2.2 指针变量

2.3 如何拆解指针类型

2.4 解引用操作符（*）

2.5 指针变量的大小

3、指针变量类型的意义

3.1 指针的解引用

3.2 指针+-整数

4、void* 指针

结语：

前言：

谈及指针，大部分人只有一个感觉：太难学了，好抽象啊！但是，请不要着急，今天当你看完这一篇后，相信你肯定能够理解什么是指针了。

1、内存和地址

1.1 理解内存和地址

在介绍指针前，我们需要先了解什么是内存和地址。

关于内存和地址，生活中有一个例子可以很好的解释它们

比如说你住在一栋宿舍楼，大楼内有100个房间，但是房间并没有编号。这时，你的一个朋友来找你玩，如果想找到你，就得一个房间一个房间的寻找，这样效率很低。但是，如果我根据楼层和楼层的房间的情况，给每一个房间都编上号，比如：

1楼：101 102 103……

当有了门牌号，这时候你只需要将门牌号告诉你朋友，他就可以很快速的找到房间，找到房间里的你。

如何将上面的例子抽象到计算机里呢？你可以理解宿舍楼就是内存，房间就是内存中的一个内存单元，房间里的你就是数据，而门牌号就是地址。

所以内存就是存储数据的空间

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？

cpu从内存中读取数据，就好比是你朋友要在宿舍楼里找到你，而你朋友找你，也只是在一个个房间寻找。大楼里的一个一个房间的划分，让人们对大楼内的面积能够充分利用，而计算机中也是如此。内存的空间只有8GB/16GB/32GB，因此对于内存的合理运用也变的很重要。

计算机中把内存也划分为一个个的内存单元，每个内存单元的大小取1字节。

（补充）计算机中常见的单位：

一个bit可以存储一个2进制位的1和0

地址（门牌号）	内存（大楼）	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。
0xFFFFFFFF（16进制）	1个字节
0xFFFFFFFE	1个字节
	1个字节	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。
	（内存单元）


		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
	1个字节
0x00000001	1个字节
0x00000000	1个字节

所以我们可以理解为：
内存单元的编号 == 地址 == 指针

1.2 理解编址

生活中关于我们可以看到通过宿舍门上的门牌号，直接找到我们想去的地方。门牌号是真实存在与宿舍门上的。而内存中的地址我们该怎么理解呢？

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。

这就像钢琴，吉他上面没有刻上“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！

有点抽象，举个例子：

图书馆里有一排排的书架，每个书架又有一层层的格子，这些格子就好比内存中的存储单元。

给每个格子编上号，也就是编址，就像是要给图书馆里的每个格子都贴上标签。

那这个标签是怎么贴上去的呢？这就得靠图书馆的“硬件设计”了。

比如说，书架的排列方式、格子的划分规则，就像是硬件的设计。

想象一下，书架是固定的，它们的位置和大小决定了格子的位置和数量，这就好比硬件决定了内存有多少个可以存储数据的地方。

然后，有一套专门的标记系统，就像特殊的机器或者装置，按照书架和格子的排列，给每个格子都印上编号，这就是通过硬件实现了编址。

那硬件设计又是怎么实现的呢？

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。通过地址总线，我们就可以了解什么是硬件编址了。

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。

内存编址这件事，是靠计算机里面那些实实在在的硬件设备，按照一定的规则和办法来做好的。

简单来说，计算机的编址是通过硬件设计把每一个内存单元的地址都固定好了，不需要把地址额外的存起来。

知识补充：

32位机器有32根地址总线，64位机器有64根地址总线。
地址总线是实际存在的物理电线

2、指针变量和地址

当我们了解了内存和地址的关系后，就可以开始对指针的学习啦！

在C语言中变量创建的本质是向内存申请空间

比如说：int a = 10;

这串代码就相当于向内存内申请了4个字节，一个整型占4个字节，这串空间我们想存放的数据便是变量10。

2.1 取地址操作符：&

int main()
{
	int a = 0x11223344;//16进制数字
	return 0;
}

16进制0x11223344，一个16进制位可以改写为4个二进制位，因此，11223344可以改写为32个二进制位表示，刚好一个整型可以放下。

我们可以调试来看一下内存：

打开后，输入&a 并敲下回车键，列改为一行（记得在x86环境下观察，比较方便）

我们可以看到44，33，22，11都各占一个字节，每一个字节都有一个地址。

我们将列数改为4列再观察

从上面我们可以看到a确实向内存申请了4个空间。

读到这我们可能会有一个新的问题，欸，4个字节都有地址，那我们怎么知道a的地址是哪一个呢？

还记得前面调试的时候我们是怎么观察地址的吗？我们通过输入&a按下回车后出现了0x00E2FEC4，因此0x00E2FEC4便是a的地址，我们也可以发现这个地址和 44 所占字节的地址一样。

总结一下，&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，但是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。

代码展示一下，怎么打印地址

int main()
{
	int a = 0x11223344;
	printf("&a=%p\n", &a);
	return 0;	
}

知识补充：

&是取地址操作符，想要得到地址，就需要使用这个操作符
%p：用来打印地址的占位符

结果展示：

和前面调试的结果不是一样，是因为在打印的时候又申请了新的空间。

2.2 指针变量

在我们之前学习的过程中，我们如果想要将一个整数存储起来，就会创建一个整型变量，比如我们想存储数字10，如下代码：

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

我们通过创建了一个整型变量 a 来存储10。

那么如果我们想要将我们通过&得到的地址存储起来，有没有什么办法呢？我们可以将地址存储在指针变量中。比如我们想要存放 n 的地址

int main()
{
	int a = 10;
	int * pn = &n;
	return 0;	
}

解读：int * pn = &n;

1、pn被称为指针变量

为什么呢？

&n——n的地址——地址就是指针

pn = &n；

pn就是用来存放地址的，也可以说是用来存放指针的

指针变量就是存放指针的变量。

可以通过和整型变量来理解指针变量，

整型变量：a就是用来存放整数的。

2、int * 被称为指针类型

int a = 10;
int * pn = &n;

对比就可以发现，int是整数的类型，int*是指针的类型。

2.3 如何拆解指针类型

上文说到了之指针的类型是（int *），那么我们该如何理解指针类型呢？

pn的类型是int *，我们需要分别理解

*：说明pn是指针变量
int：说明pn指向的对象是int类型

char ch = 'x';

如果我们想要存放x的地址该怎么写呢？

char * pc = &ch;

这样我们就存放了x的地址

* 告诉我们pc是指针

char则告诉我们指针指向的对象是char类型。

2.4 解引用操作符（*）

当我们将地址保存起来后，是为了后面能够使用，那么我们该怎么使用呢？

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(*)。

int main()
{
	int n = 10;
	int * pn = &n;
    //解引用操作符（间接访问操作符）
	*pn = 100;
	printf("%d", n);
	return 0;	
}

上述代码中的*pn就使用了解引用操作符， *pn 的意思就是通过pn中存放的地址，找到指向的空间， *pn其实就是n变量了；所以*pn=100，这个操作符是把n改成了100.

从结果上看，n的值的确被改为了100

或许通过这个例子你会觉得指针有是什么用？如果只是想修改n的值，为什么不直接写一个n=100呢？这样不是更方便吗？

其实这里是把n的修改交给了pn来操作，这样对n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。

其实这里有一个很好的例子能说明指针的作用，生活中，有些事情是不方便自己去做的，因此呢，就需要委托别人来代替你做，比如说一个老板想要喝奶茶，但是他不会自己顶着大太阳出去买，而是会吩咐他的秘书取帮他完成，差不多就是这样，可能有些不恰当，见谅哈！

2.5 指针变量的大小

我们知道我们创建一个整型变量int的大小是4个字节，字符变量char的大小是1个字节，那么指针变量的大小又是多少呢？

思考过程：

指针变量存放的是地址，地址的存放需要多大的空间呢？知道地址存放的空间就是指针变量的大小

也就是说指针变量的大小取决与地址的大小

通过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。

int main()
{
	int n = 10;
	int * pn = &n;
	printf("%zd\n", sizeof(pn));
	return 0;	
}

在32位机器上：可以看到打印的大小是4个字节

在64位机器上：可以看到打印的大小是8个字节

那么指针类型是否会影响指针变量的大小呢？我们来测试一下

int main()
{	
	printf("%zd\n", sizeof(int*));//整型
	printf("%zd\n", sizeof(char*));//字符
	printf("%zd\n", sizeof(short*));//短整型
	printf("%zd\n", sizeof(double*));//双精度浮点型
	return 0;	
}

在32位系统上结果：

在64位系统上结果

我们可以看到，不管指针类型是什么，都不会影响指针变量的大小，指针类型的变量大小，在相同平台下，大小都是相同的。

总结：

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 X64环境输出结果
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

既然指针变量大小与指针类型无关，那么为什么还要搞指针的变量类型呢？

3.1 指针的解引用

int main()
{
	int n = 0x11223344;
	int* pi = &n;
	*pi = 0;
	return 0;
}

调试过程：（注意观察内存里的值）

运行到292行时内存展示44 33 22 11

当经过*pi = 0 之后

内存里4个字节全部变为了 0

如果我们不用int *的指针类型，改为char *的类型，结果又是如何呢？

我们可以看到只是将n的第⼀个字节改为0。

我们可以看到int类型指针可以访问4个字节，而char类型指针只访问了1个字节。

通过对比，我们可以得到一个结论：

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）。

3.2 指针+-整数

int main()
{
	int n = 0x11223344;
	int* pi = &n;
	char* pc = &n;		
	printf("&n = %p\n", &n);
	printf("pi = %p\n", pi);
	printf("pi+1 = %p\n", pi+1);
	printf("pc = %p\n", pc);
	printf("pc+1= %p\n", pc+1);
	return 0;
}

结果：

我们可以发现， 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）。

4、void* 指针

void的意思是无，或者空

所以void*指针是无具体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。

int main()
{
	int n = 10;
	char* pc = &n;
	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。而是用void*类型就不会有这样的问题。

使用void*类型的指针接收地址就不会出现警告

void* 类型的指针不能直接进行指针的+-整数和解引用的运算

int main()
{
	int n = 10;
	void* pc = &n;
	*pc = 20;
	return 0;
}

当我们想运行的时候，就会报下面这个错误

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。

这是因为void*是一个无具体类型的指针，当进行解运算的时候，没法确定访问几个字节。

既然如此，那void*有什么作用呢？

专门用来存放别人传送过来的地址，当你不知道别人给你传的是什么类型的指针的时候，就可以使用void*来存放，当需要进行解运算的时候，在使用强制类型转换来实现。

比如：

int main()
{
	int n = 10;
	void* pc = &n;
	*(int*)pc = 20;
	return 0;
}

这样就将类型强制转换成了整型指针,结果就可以打印出来了

结语：

本篇文章主要讲了指针的基本知识，通过本篇文章能够了解什么是指针，指针变量，指针类型是什么。后面会继续更新指针相关知识，希望能够帮助大家攻克指针这一模块。