C语言 之 理解指针(1)
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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。
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