重新認(rèn)識(shí)C語(yǔ)言指針(上)

? 獨(dú)創(chuàng)性并不是首次觀察某種新事物，而是把舊的、很早就是已知的，或者是人人都視而不見(jiàn)的事物當(dāng)新事物觀察，這才證明是有真正的獨(dú)創(chuàng)頭腦 —尼采

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<h4 align="center"><a href="https://github.com/midou-tech/articles" target="_blank">https://github.com/midou-tech/articles</a></h4>
<h5 style="color:red;text-align:center">點(diǎn)關(guān)注，不迷路?。?！ </h5>

序言

 指針是C語(yǔ)言學(xué)習(xí)者繞不過(guò)的一道坎，也是C語(yǔ)言學(xué)習(xí)者不得繞過(guò)的一道坎。辨別一個(gè)人C語(yǔ)言學(xué)的好賴就看他對(duì)指針的理解怎么樣。指針內(nèi)容也是工作面試經(jīng)常問(wèn)到的問(wèn)題。本文將帶你重新認(rèn)識(shí)那個(gè)絆倒你的指針，以解大家的心頭之惑(恨)。

為什么要學(xué)習(xí)指針？

 有同學(xué)就要說(shuō)了，既然指針這么難，這么不通俗易懂，為什么要學(xué)習(xí)他呢？其他高級(jí)語(yǔ)言都是把這塊基本屏蔽掉了，不在讓程序員直接操作指針，這里不直接操作指的是不讓程序員用指針進(jìn)行運(yùn)算和強(qiáng)轉(zhuǎn)而不是徹底沒(méi)有了。舉個(gè)java的例子

Object obj= new Object();
Object sec= obj;
sec = new Object();

 如果你去仔細(xì)研究他們的行為，就會(huì)發(fā)現(xiàn) obj, sec 都只是一個(gè)指向?qū)ο蟮臇|西，可以為空，也可以修改指向，所以它們其實(shí)都是指針，只是 Java 的教材里面不在去提這東西而已，具體原因看我后面講解便知道了。

? 繼續(xù)說(shuō)為什么學(xué)習(xí)指針，為什么學(xué)習(xí)指針就必須要說(shuō)到指針的優(yōu)點(diǎn)了。

• 指針可以直接操作變量地址，所以很靈活。
• 指針操作會(huì)減少很多變量的拷貝使得程序性能提升。
• 可以動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存。

 這些優(yōu)點(diǎn)使得很多后臺(tái)性能要求很高的系統(tǒng)、游戲內(nèi)核、一些高并發(fā)的中間件都是使用C&C++語(yǔ)言開發(fā)出來(lái)的。比如強(qiáng)大的linux系統(tǒng)、nginx，mysql、redis等等。

 曾經(jīng)看到一個(gè)搞笑的評(píng)論，hhh

道生一，一生二，二生三，三生萬(wàn)物

電腦生匯編，匯編生C , C生C++，C/C++生萬(wàn)物

指針是什么？

 其實(shí)指針看起來(lái)復(fù)雜，聽(tīng)起來(lái)復(fù)雜，學(xué)起來(lái)復(fù)雜，但是總結(jié)下來(lái)指針到底是個(gè)啥，也就一句話。

<p ><h5 style="color:red;text-align:center">指針就是地址，指針變量就是一個(gè)存放內(nèi)存地址的變量</h5></p>

<img src="https://i01piccdn.sogoucdn.com/db3bc129d2c88816"></img>

 你沒(méi)看看錯(cuò)，是的就是這么簡(jiǎn)單明了。通常我們說(shuō)的指針就約等于說(shuō)的是指針變量。

指針和內(nèi)存地址的關(guān)系

 很多人不明白指針其實(shí)也就是不明白內(nèi)存地址，所以要想明白指針必須先明白指針和內(nèi)存之間的關(guān)系。在講內(nèi)存和指針之間的關(guān)系之前先說(shuō)下什么是內(nèi)存。

 先明白一個(gè)問(wèn)題，什么是內(nèi)存？編程人員常說(shuō)的內(nèi)存指的是什么？

? 內(nèi)存是電腦的一個(gè)硬件組成部分。從單片機(jī)的組成我們可以看到，CPU、內(nèi)存和輸入輸出接口，就組成一個(gè)完整的電腦，其他統(tǒng)統(tǒng)屬于外設(shè)。內(nèi)存是可以被CPU通過(guò)總線進(jìn)行操作的，也就是與CPU之間有總線相連接的。電腦所有的輸入輸出，都是要從內(nèi)存來(lái)實(shí)現(xiàn)的。內(nèi)存包括只讀內(nèi)存ROM和讀寫內(nèi)存RAM，但在個(gè)人電腦（PC）中，我們通常所說(shuō)的內(nèi)存，是指讀寫內(nèi)存。

? 程序人員常說(shuō)的內(nèi)存其實(shí)是虛擬內(nèi)存，程序直接操作的是虛擬內(nèi)存而不是真正的物理內(nèi)存。

納尼 程序都是操作的虛擬內(nèi)存？ 那虛擬內(nèi)存是個(gè)啥東西？

 這里先給大家畫張C語(yǔ)言程序的內(nèi)存布局圖。關(guān)于進(jìn)程和內(nèi)存管理會(huì)在后面的文章講出來(lái)，記得微信搜索 龍躍十二 點(diǎn)關(guān)注。

 這個(gè)圖很好的描述了內(nèi)存地址的布局，指針變量里面存放的地址也就是這個(gè)內(nèi)存地址。順便說(shuō)下啥是內(nèi)存地址，用十六進(jìn)制表示出來(lái)的一串?dāng)?shù)字編號(hào)(就好比你家的門牌號(hào))，只是這個(gè)數(shù)字是給內(nèi)存標(biāo)號(hào)的。32位系統(tǒng)下這個(gè)編號(hào)是4byte(32個(gè)bit)表示的，64位系統(tǒng)下是8byte(64bit)表示的。(這個(gè)小問(wèn)題面試會(huì)被問(wèn)到的)

如何使用指針？

指針的聲明

int *p;
char *p1;
float *p2;

 聲明還是很簡(jiǎn)單，指針的類型 * 變量名即可聲明一個(gè)指針變量。

int num = 5;
int *p = #

 此時(shí)就是一個(gè)int類型的指針變量指向一個(gè)int變量，畫個(gè)圖解釋下。

 以很清楚的看到指針p存放著變量num的地址，我們通常說(shuō)指針p指向變量num，當(dāng)p知道變量num之后，p就可以對(duì)變量num為非作歹了，比如

int main(){
    int num = 5;
    int *p = #
    printf("*p=%d,num=%d\n",*p,num);  //此時(shí)num的值就變?yōu)?
    p+=1;
    printf("*p=%d\n",*p);    //此時(shí)p指向了哪里？這句代碼會(huì)不會(huì)報(bào)錯(cuò)？
} 

指針的大小和類型

 從上面的聲明實(shí)例可以看到我定義了三種類型的指針，可以看出指針是有類型的。這里有同學(xué)就有疑問(wèn)了，不是存放內(nèi)存地址的么，內(nèi)存地址不就是一串十六進(jìn)制表示的數(shù)字么(其實(shí)底層都是二進(jìn)制)，哪來(lái)的什么類型一說(shuō)呢，為什么又需要類型呢？

 這個(gè)疑問(wèn)很好，我當(dāng)時(shí)學(xué)習(xí)的時(shí)候也是很疑惑。首先我們明白了指針是一個(gè)存放地址的變量，明白這點(diǎn)還不夠還必須理解另外一個(gè)問(wèn)題就是

 字節(jié)（Byte）是用于計(jì)量存儲(chǔ)容量的一種單位，每一個(gè)字節(jié)由8位組成（1Byte = 8bit）。地址可以理解為在一片內(nèi)存中，每個(gè)字節(jié)（Byte）的編號(hào)。

 所以很多人肯定會(huì)明白了，指針存放的是一個(gè)變量的首個(gè)字節(jié)的地址，那么問(wèn)題來(lái)了。

int a = 5; 
int *p = &a;

 我們聲明指針p指向變量a的地址，也就是說(shuō)指針p里面存放著變量a的首地址，在32位平臺(tái)下，int a 是4字節(jié)，指針去取a的值的時(shí)候找到的是a的首地址，那怎么拿到變量a，聰明的同學(xué)已經(jīng)恍然大悟，是的，沒(méi)錯(cuò)，所以我們的指針需要類型的，編譯器去取指針指向的內(nèi)容時(shí)候會(huì)根據(jù)指針的類型去取。畫個(gè)圖如下

 此刻我相信你對(duì)指針已經(jīng)有了很高的理解了。指針的大小很好理解 就是存放地址的范圍，地址的范圍是操作系統(tǒng)地址線的根數(shù)決定，所以指針的大小是隨操作系統(tǒng)的尋址范圍決定的，一般32位系統(tǒng)地址總線也是32根，尋址范圍是2^32次方

 順便說(shuō)下32位操作系統(tǒng)和64位操作系統(tǒng)的區(qū)別在哪里，系統(tǒng)的位數(shù)代表運(yùn)算能力，所謂32位就是能計(jì)算的字長(zhǎng)是32位的，64位系統(tǒng)能計(jì)算的字長(zhǎng)是64位。處理器的字長(zhǎng)越大，說(shuō)明它的運(yùn)算能力越強(qiáng)。

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