C语言深入了解指针一(14)

news2024/11/22 11:04:44

文章目录

前言
一、内存和地址
- 内存
- 究竟该如何理解编址
二、指针变量和地址
- 取地址操作符&
- 解引用操作符*
- 指针变量的大小
总结

前言

终于来到指针啦！如前篇末尾总结所说，这是你们马上要下大功夫的地方
但是，就像我们上初中的时候，有人说函数难；我们上高中的时候，有人说导数、圆锥难；上大学的时候，有人说微积分难，事实上，别被吓到了，先勇敢尝试，迈过去了也就那么回事~

一、内存和地址

脱离内存和地址讲指针就是耍流氓！

内存

在讲解之前，先来个比方：

假设有一栋宿舍楼，把你放在楼里，楼上有100个房间，但是房间没有编号，你的一个朋友来找你玩，如果他想找到你，就得挨个房子去找，这样效率很低，但是我们根据楼层和楼层的房间的情况，给每个房间上号，如：
一楼：100、101、102…
二楼：200、201、202…
…
有了房间号的话，你的朋友就能很快找到你

如果把这个例子对照到计算中，又是怎么样的呢？
我们知道，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，那么这些内存该如何高效管理？
其实也是把内存分为一个个内存单元，每个内存单元的大小为1个字节，一个比特位可以放一个二进制位的1或者0

在这里，每个内存单元就相当于是一个学生宿舍，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（这个编号就相当于是宿舍房间的门牌号）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，我们把门牌号叫做地址，在计算机中我们把内存单元的编号也称为地址，C语言给这个地址起了一个新的名字，就叫做指针

一言以蔽之，内存单元的编号 == 地址 == 指针

究竟该如何理解编址

首先，我们必须要理解，计算机中有很多的硬件单元，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
CPU访问内存中的某个字节空间，必须知道它在内存中的位置，而因为字节很多，所以需要编址（如同宿舍很多。必须要编号一样自然），并且，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，这是什么原因？因为制造商已经在乐器硬件层面设计好了，并且所有的演奏者都知道。这质是一种约定俗成的共识！
而硬件的编址也是一样，我们可以简单理解为，32位机器有32根地址总线，每根线只有两态，表示0，1（电脉冲的有无），那么一根线，就有了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2³²种含义，每一种含义都代表一个地址
地址的信息被下达给内存，在内存中，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
在这里插入图片描述

二、指针变量和地址

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：

上述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：

0x000000109136F544
0x000000109136F545
0x000000109136F546
0x000000109136F547

那我们如何得到a的地址呢？
这里就得学习一个操作符&-取地址操作符
在这里插入图片描述

有意思的是，我们是如果&p打印a的地址，是打印出四个字节的地址中的首地址（低地址），也能理解，比如你家有四套房子，那你收一个快递的时候，也还是填一个地址，只要得到了首地址，其他三个地址也就很好求了

所以说&a是一个地址，那么假设变量pa = &a，那么pa是什么类型呢？
答案是int* ，即int* pa = &a; 其中pa就是指针变量，用来存放地址，即用来存放指针

我们也可以有一种形象的说法，pa指向a的第一个字节，这很形象，很有画面感
在这里插入图片描述

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？
答案是在指针变量前面加个*

int a = 10;
int* pa = &a;
*pa = 20; // *是解引用操作符，*pa等价于a

pa就像一个代理人，联想到电视剧《狂飙》，强哥高启强想噶人，不能直接动手，跟老默说想吃鱼了，就是这个意思
至于你说为什么不直接a = 20; 难道计算机里面也会有类似安欣的存在限制了这一操作吗？哈哈，我们以后就会知道的，在这里先按下不表

指针变量的大小

指针变量是专门用来存放地址的，指针变量的大小是多少呢？取决于一个地址的存放需要多大空间！
在前面，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进制序列当作一个地址，那么一个地址就是32个bit位，需要4个字节才能存储
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，存储起来就需要八个字节（8 * 8 = 64），所以指针的大小都是4/8个字节！