C语言 之 理解指针（1）

1. 内存和地址

在我们大学生活中，如果我们想要到一栋宿舍楼里去找一位朋友，那么想要快速。精确地找到这位朋友，那么我们就需要知道这位朋友所在宿舍的宿舍号。

所以我们就可以形象地将宿舍楼比作是内存，而宿舍号比作地址。那么在内存中要想找到某个数据的时候，通过地址去访问这个数据，就能大大提高效率了。

计算机的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，处理后数据也会放回内存中，如果想对这些空间进行高效的管理，就可以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

我们已经知道，1个字节 = 8个比特位。一个比特位可以存储一个2进制的位1或0。
所以，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。

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⻔牌号），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。
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

2. 指针变量和地址

2.1 取地址操作符（&）

在C语⾔中创建变量其实就是向内存申请空间
如：

上面的代码创建了一个整型变量n，因为一个整形的大小是4个字节，所以内存中申请了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：
0x00EFF828
0x00EFF829
0x00EFF82A
0x00EFF82B

如果我们想要得到n的地址，就需要用的取地址操作符 &

所以n的地址为：00FAFAE0 （注意执行完后再次执行的变量地址一般不一样）

&n取出的是n所占4个字节中地址较小的字节的地址。
如下图所示：

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以的。

2.2 指针变量和解引用操作符（*）

2.2.1 指针变量

我们通过取地址操作符(&)拿到的地址是⼀个数值，比如：0x00EFF828，这个数值应该存放在指针变量当中。
如：

#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 指针类型的理解

pa的类型是 int*

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(*)

我们要使用指针变量，就得学习解引用操作符*
C语⾔中，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。
如：
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 100;
int* pa = &a;
pa = 0;
return 0;
}
*pa = 0; 此处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，那么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

2.3 指针变量的大小

指针变量的大小是取决于机器为多少位的机器。
32位机器假设有32根地址总线，每根线只有两态，表⽰0,1，那么1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。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，那么指针变量的大小就得是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。
如：
32位机器条件下：

64位机器条件下：

由此可得出结论：
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，只与机器多少位有关，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

既然在同样32位或64位平台下，不同类型的指针的大小都一样，那么为什么还要区分不同类型呢？
其实这是有必要的。

3.1 指针的解引用

代码1:

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

代码2：

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

调试我们可以看到，这两个代码的效果是不一样的，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

所以我们可以得出结论
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

我们可以来看看代码的地址变化

#include <stdio.h>
int main()
{int n = 10;char* pc = (char*)&n;int* pi = &n;printf("&n = %p\n", &n);printf("pc = %p\n", pc);printf("pc+1 = %p\n", pc + 1);printf("pi = %p\n", pi);printf("pi+1 = %p\n", pi + 1);return 0;
}

运行结果为：

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。

所以我们可以得出结论：
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. const修饰指针

4.1 const修饰变量

首先，我们可以来看看const对变量的修饰。
我们知道，变量原本是可以修改的，但是加上了const之后，我们就不能直接对变量进行修改了。

#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;}

但是如果我们绕过n，通过指针变量使⽤n的地址，去直接修改n呢？

##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，值确实被修改了

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。

4.2 const修饰指针变量

我们来看看以下的例子：
代码1：

#include <stdio.h>
int main()
{int n = 10;int m = 20;int* p = &n;*p = 20;p = &m; printf("n=%d", n);return 0;
}

可以看到以上代码正常执行，说明n的值可以被改变，并且指针变量p的指向也可以改变。

代码2

#include <stdio.h>
int main()
{int n = 10;int m = 20;const int* p = &n;*p = 20;p = &m; printf("n=%d", n);return 0;
}

我们可以看到，在int* p 的* 的左边加上 const后，程序就不能正常执行了，即p不能修改n的值，但是p的指向还是可以改变。

代码3

#include <stdio.h>
int main()
{int n = 10;int m = 20;int* const p = &n;*p = 20; p = &m; printf("n=%d", n);return 0;
}

此时我们可以看到依然编译错误，这次是在int* p 的 * 的右边加const,这次错误是p = &m;引起的，即指针变量p的指向是不能改变的，但是*p的值可以改变

代码4：

#include <stdio.h>
int main()
{int n = 10;int m = 20;int const* const p = &n;*p = 20; p = &m; return 0;
}

这次肯定还是有问题的，在*的左边和右边都加上了const，即不能改变值，也不能改变指向

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。即只可以改变指向，但不可以通过访问地址去改变值。
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。即不能改变指向，但可以访问地址去改变值

5. 指针运算

指针的基本运算有三种，分别是：
• 指针± 整数
• 指针-指针
• 指针的关系运算

5.1 指针± 整数

首先我们要知道，因为数组在内存中是连续存放的，所以只要知道第⼀个元素的地址，顺藤摸⽠就能找到后⾯的所有元素。

通过指针±来访问数组元素：

#include <stdio.h>
//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 < sz; i++){printf("%d ", *(p + i));//p+i 这⾥就是指针+整数}return 0;
}

这里的int* p = &arr[0];就是先获取该数组的首元素的地址，从前面我们知道，指针的类型的作用是指针+1 所跳过的字节数，int为整形，大小为4个字节，所以p+1就跳过4个字节，p+2就跳过8个字节，因此，指针的±整数就能获得数组中各个元素的地址并访问啦。

5.2 指针-指针

计算字符的个数：

//指针-指针
#include <stdio.h>
int my_strlen(char *s)
{char *p = s;while(*p != '\0' )p++;return p-s;
}
int main()
{printf("%d\n", my_strlen("abc"));return 0;
}

执行以上代码，我们能得出结果为3，一个字符所占空间为1个字节，所以我们就可以知道：
指针-指针所计算的是两个指针之间的字节个数

5.3 指针的关系运算

// 指针的关系运算
#include <stdio.h>
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]);while (p < arr + sz) //指针的⼤小⽐较{printf("%d ", *p);p++;}return 0;
}

在这个代码中，while (p < arr + sz)中的arr代表的首元素地址，arr + sz就是地址+整数，效果和指针+整数一样，而指针变量p存放的是数组的首元素地址。并且我们知道，数组的元素存放是随着下标增长，内存地址变大的。所以我们可以得出结论，指针与指针之间的比较是比较地址的大小。

以上是一部分指针的相关内容，由于内容比较多，所以会分几次发，如果哪里有误麻烦提醒一下哟