理解C语言之深入理解指针（一）上

CPU访问内存中的某个字节空间，必须知道这个字节空间在内存的什么位置，⽽因为内存中字节很多，所以需要给内存进⾏编址(就如同宿舍很多，需要给宿舍编号⼀样)。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“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！

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。不过，我们今天关⼼⼀组线，叫做地址总线。

硬件编址也是如此我们可以简单理解，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。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。

2. 指针变量和地址

2.1 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：

⽐如，上述的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：

0x006FFD70

0x006FFD71

0x006FFD72

0x006FFD73

那我们如何能得到a的地址呢？这⾥就得学习⼀个操作符(&)-取地址操作符

#include <stdio.h>

int main()
{
     int a = 10;
     &a;//取出a的地址 
     printf("%p\n", &a);
     return 0;
}

按照我画图的例⼦，会打印处理：006FFD70&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，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。

2.2 指针变量和解引⽤操作符（*）

2.2.1 指针变量

那我们通过取地址操作符(&)拿到的地址是⼀个数值，⽐如：0x006FFD70，这个数值有时候也是需要存储起来，⽅便后期再使⽤的，那我们把这样的地址值存放在哪⾥呢？答案是：指针变量中。⽐如：

#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 如何拆解指针类型

我们看到pa的类型是 int* ，我们该如何理解指针的类型呢？

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。

那如果有⼀个char类型的变量ch，ch的地址，要放在什么类型的指针变量中呢？

char ch = 'w';

pc = &ch;//pc 的类型怎么写呢？

2.2.3 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？

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(*)。

#include <stdio.h>
int main()
{
     int a = 100;
     int* pa = &a;
     *pa = 0;
     return 0;
}

上⾯代码中第7⾏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， *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. 有同学肯定在想，这⾥如果⽬的就是把a改成0的话，写成 a = 0; 不就完了，为啥⾮要使⽤指针呢？

其实这⾥是把a的修改交给了pa来操作，这样对a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。

2.3 指针变量的⼤⼩

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。

#include <stdio.h>

//指针变量的⼤⼩取决于地址的⼤⼩ 

//32位平台下地址是32个bit位（即4个字节） 

//64位平台下地址是64个bit位（即8个字节） 

int main()
{
     printf("%zd\n", sizeof(char *));
     printf("%zd\n", sizeof(short *));
     printf("%zd\n", sizeof(int *));
     printf("%zd\n", sizeof(double *));
     return 0;
}

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

指针变量的⼤⼩和类型⽆关，只要是指针变量，在同⼀个平台下，⼤⼩都是⼀样的，为什么还要有各种各样的指针类型呢？

其实指针类型是有特殊意义的，我们接下来继续学习。

3.1 指针的解引⽤

对⽐，下⾯2段代码，主要在调试时观察内存的变化。

//代码1 

#include <stdio.h>

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

//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，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。

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

先看⼀段代码，调试观察地址的变化。

#include <stdio.h>

int main()
{
     int n = 10;
     char *pc = (char*)&n;
     int *pi = &n;
 
     printf("%p\n", &n);
     printf("%p\n", pc);
     printf("%p\n", pc+1);
     printf("%p\n", pi);
     printf("%p\n", pi+1);
     return 0;
}

代码运⾏的结果如下：

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。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）

3.3 void* 指针

在指针类型中有⼀种特殊的类型是 void * 类型的，可以理解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。

举例：

#include <stdio.h>
int main()
{
     int a = 10;
     int* pa = &a;
     char* pc = &a;
     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。⽽使⽤void*类型就不会有这样的问题。

使⽤void*类型的指针接收地址：

#include <stdio.h>

int main()
{
     int a = 10;
     void* pa = &a;
     void* pc = &a;
     
     *pa = 10;
     *pc = 0;
     return 0;
}

VS编译代码的结果：

这⾥我们可以看到， 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。

那么 void* 类型的指针到底有什么⽤呢？

⼀般 void* 类型的指针是使⽤在函数参数的部分，⽤来接收不同类型数据的地址，这样的设计可以实现泛型编程的效果。使得⼀个函数来处理多种类型的数据

4. const修饰指针

4.1 const修饰变量

变量是可以修改的，如果把变量的地址交给⼀个指针变量，通过指针变量的也可以修改这个变量。但是如果我们希望⼀个变量加上⼀些限制，不能被修改，怎么做呢？这就是const的作⽤。

#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;
}

上述代码中n是不能被修改的，其实n本质是变量，只不过被const修饰后，在语法上加了限制，只要我们在代码中对n就⾏修改，就不符合语法规则，就报错，致使没法直接修改n。

但是如果我们绕过n，使⽤n的地址，去修改n就能做到了，虽然这样做是在打破语法规则。

#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;
}

输出结果：

我们可以看到这⾥⼀个确实修改了，但是我们还是要思考⼀下，为什么n要被const修饰呢？就是为了不能被修改，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，那接下来怎么做呢？

4.2 const修饰指针变量

⼀般来讲const修饰指针变量，可以放在*的左边，也可以放在*的右边，意义是不⼀样的。

int * p;//没有const修饰？ 

int const * p;//const 放在*的左边做修饰 

int * const p;//const 放在*的右边做修饰

我们看下⾯代码，来分析具体分析⼀下：

#include <stdio.h>

//代码1 - 测试⽆const修饰的情况 

void test1()
{
     int n = 10;
     int m = 20;
     int *p = &n;
     *p = 20;//ok?
     p = &m; //ok?
}


//代码2 - 测试const放在*的左边情况 

void test2()
{
     int n = 10;
     int m = 20;
     const int* p = &n;
     *p = 20;//ok?
     p = &m; //ok?

}


//代码3 - 测试const放在*的右边情况 

void test3()
{
     int n = 10;
     int m = 20;
     int * const p = &n;
     *p = 20; //ok?
     p = &m; //ok?

}

//代码4 - 测试*的左右两边都有const 

void test4()
{
     int n = 10;
     int m = 20;
     int const * const p = &n;
     *p = 20; //ok?
     p = &m; //ok?

}

int main()
{
     //测试⽆const修饰的情况 
     test1();
     //测试const放在*的左边情况 
     test2();
     //测试const放在*的右边情况 
     test3();
     //测试*的左右两边都有const 
     test4();
     return 0;
}

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。

• 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。

标签：const,变量,int,C语言,地址,理解,字节,指针
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