目錄
1.內存和地址
2.指針變量和地址
2.1 取地址操作符（&）
2.2 指針變量
2.3?解引用操作符（*）
2.4 指針變量的大小
3.指針變量類型的意義?
3.1 指針的解引用
3.2 指針 + - 整數
3.3 void*指針?
4.指針運算
4.1 指針 + - 整數?
4.2 指針 - 指針
4.3 指針的關系運算
正文開始
1.內存和地址
? ? ? ? 在這里，我們先提一下存儲器的概念。在計算機中，存儲器可以分為：
- 主存儲器：又稱主存、內存。用來存放計算機運行期間所需的程序和數據，CPU可以直接隨機地對其進行訪問。特點是容量小、存取速度快、造價高。
- 輔助存儲器：又稱輔存、外存。用來存放當前暫時不用的程序和數據，以及一些需要永久性保存的信息。外存的內容需要調入主存后才能被CPU訪問。特點是容量大、存取速度慢、造價低。我們常見的硬盤就屬于外存。
- 高速緩沖存儲器：又稱cache。位于主存和CPU之間，用來存放當前CPU經常使用的指令和數據，以便CPU能夠高速地訪問它們。特點是容量小、價格高。現代計算機一般將cache制作到CPU中。
? ? ? ? 可知，內存其實是電腦上的存儲設備，程序在運行的過程中，需要向內存申請空間來使用。
? ? ? ? 我們可以舉一個生活中的例子，在大學里，同一個專業的同學，一般是在同一棟宿舍樓中的。而在一棟宿舍樓中，有不同的房間號，比如：1樓有101、102、103...，2樓有201、202、203...，3樓有301、302、303...。如果你想找到你班上的某個同學，要是一層層樓，挨個房間去找，效率會非常低。但是，如果我們知道某個同學的地址，也就是所在宿舍的門牌號，就可以根據地址直接找到這個同學了。
? ? ? ? 如果把上面的例子推廣到計算機中，是怎么樣的呢？
? ? ? ? 我們知道，在計算機中，CPU處理數據的時候，所需的數據是從內存中讀取的，處理后的數據也會放回到內存中。我們日常使用的電腦，有8G、16G、32G......，這些內存空間是如何高效管理的呢？
? ? ? ? 其實就是把內存劃分為一個個的內存單元，每個單元的大小為1個字節，1個字節含有8個比特位，每個比特位可以存放1個二進制的0或1。
? ? ? ? 計算機中常見的單位如下：
- bit：比特位，簡稱位，縮寫為b。是計算機中最小的存儲單位，1bit表示1個二進制位（0或1）。
- Byte：字節，縮寫為B。1Byte = 8bit。
- KB：千字節。1KB =? 1024B，? ?即2的10次方B。
- MB：兆字節。1MB = 1024KB，即2的20次方B。
- GB：吉字節。1GB = 1024MB，即2的30次方B。
- TB：太字節。1TB? = 1024GB，即2的40次方B。
- PB：拍字節。1PB = 1024TB， 即2的50次方B。
? ? ? ? 如上圖，從下往上，給每一個內存單元編了號：0,1,2,3...，用16進制來表示。
? ? ? ? 每個內存單元，都有1個字節的空間，也就是8個比特位的空間，相當于1個宿舍里，有8個床位的空間。
? ? ? ? 每個內存單元，都有一個編號，相當于宿舍的門牌號。有了這個門牌號，就可以快速找到一個同學。有了這個內存單元的編號，CPU就可以快速找到一個內存空間。
? ? ? ? 生活中， 我們把門牌號也叫作地址。在計算機中，我們把內存單元的編號也叫地址。在C語言中，給地址起了新的名字：指針。
? ? ? ? 可以這樣理解：在C語言中， 內存單元的編號 = 地址 = 指針，三種說法是一樣的。
? ? ? ? 那么，我們怎么理解編址呢？
? ? ? ? 如上圖，我們知道， CPU和內存之間，有大量的數據交互，為了實現這種交互，兩者之間是用線連接起來的。
? ? ? ? CPU是完成計算工作的，首先要從內存中讀數據，計算完畢后，又將結果的數據寫入內存。
? ? ? ? 這個過程是：首先，控制總線發出Read指令，然后CPU會給出一個地址，通過地址總線向內存傳遞一個地址信號，從內存中找到該空間，再將該空間中的數據通過數據總線傳遞給CPU。在CPU利用所讀的數據進行計算，得出結果之后，控制總線發出Write指令，然后CPU給出一個寫入地址，通過地址總線向內存傳遞有一個地址信號，在內存中找到該空間，把結果的數據寫入這個空間中。
? ? ? ? 我們再來討論一下編址：
? ? ? ? CPU要訪問內存中的某個字節空間，必須知道這個字節空間在內存中的什么位置， 而內存中有很多個字節，就需要給內存進行編址了。就好比，一棟樓中有很多個宿舍，需要給每個宿舍進行編號。
? ? ? ? 計算機中的編址，并不是把每個字節的地址記錄下來，而是通過硬件設計完成的。
? ? ? ? 就好比，吉他上面沒有寫：哆、來、咪、發、梭、拉、西。但是演奏者也能準確找到每一個音所在的位置，這是為什么呢？因為制造商已經在樂器的硬件層面上設計好了，并且所有的演奏者也知道，本質上是一種約定的共識。硬件編址也是如此。
? ? ? ? 我們可以簡單理解為：32位機器有32根地址總線，每根線只有2種狀態，電脈沖的有無代表0和1。那么1根線能表達2種含義，2根線能表達4種含義，......，32根線能表達2的32次方種含義。每一種含義都代表一個地址。
? ? ? ? 地址信息被下達給內存，在內存中，通過硬件的設計，就可以直接找到該地址中對應的數據，這個數據再通過數據總線傳給CPU內的寄存器。
2.指針變量和地址
2.1 取地址操作符（&）
? ? ? ? 在了解了內存和地址之后，我們回到C語言。在C語言中，創建1個變量，其實就是在向內存申請空間。比如：對于int a = 10;，實質就是，向內存申請4個字節的空間，把10存放進去。如下圖：
? ? ? ? 如上，創建了整型變量a，向內存申請了4個字節的空間，用于存放整數10。
? ? ? ? 我們使用取地址操作符（&），取出了4個字節中地址較小的那個地址。在printf打印時，對應的占位符是%p。
? ? ? ? int變量占4個字節，我們只要知道了第一個字節的地址，就可以順藤摸瓜訪問到剩下3個字節的數據，因為相鄰地址之間相差1。
2.2 指針變量
? ? ? ? 剛剛，我們使用取地址操作符（&），取出了變量a的地址，如果我們想把這個地址存到一個變量里面去，該怎么操作呢？如下：
? ? ? ? 指針就是地址，指針變量是專門用來存放地址的變量。應該知道的是，上面的pa，在日常生活中，指針變量有時會被口頭語叫做指針，而指針實際上是地址，而非變量。
? ? ? ? 對于int類型的變量a，它的地址存放在int*類型的pa中。那么舉一反三，如果有一個char類型的變量c，它的地址應該存放在什么類型的指針變量中呢？如下：
2.3?解引用操作符（*）
? ? ? ? 指針變量是用來存放地址的，存起來的地址有啥用呢？當然是用來使用的，怎么使用呢？我們可以看下面的例子：
? ? ? ? 如上，變量pa中存放了變量a的地址。*pa的意思就是 ，通過pa中存放的地址，找到這個地址所指向的空間，也就是找到變量a。其實，*pa就是a，*pa=20這個操作就是把a改成了20。我們可以直接通過a=20來修改a的值，但是用指針來修改，就多了一種途徑，寫起代碼來會更靈活，而且在某些情況下，指針是會起到它的作用的。
2.4 指針變量的大小
? ? ? ? 我們知道，各種類型的變量，都是有其大小的，比如：int的大小是4個字節，char的大小是1個字節。那么，指針變量的大小是多少呢？我們來看如下代碼：
? ? ? ? 如上圖，在x64環境，即64位環境下，int*和char*的長度都是8。在x86環境，即32位環境下，int*和char*的長度都是4。這是為什么呢？
? ? ? ? 在前面，我們提到過，對于32位機器，一般有32根地址總線，每根線傳遞的電信號轉換成數字信號，是0或1。我們把32根地址線產生的二進制序列當做一個地址，那么地址在總線上傳輸的時候，長度就是32個bit位，即4個字節，在內存中存儲時，和它傳遞時的長度是一樣的，也是4個字節。
? ? ? ? 同理，對于64位機器，一般有64根地址總線，存儲的地址就有64個bit位的空間， 也就是8個字節，在總線上傳輸和內存中存儲的長度就是4個字節了。
? ? ? ? 結論：
- 32位平臺下，地址是32個bit位，指針變量的大小是4個字節。
- 64位平臺下，地址是64個bit位，指針變量的大小是8個字節。
- 指針變量的大小，與指針變量的類型無關。
3.指針變量類型的意義?
? ? ? ? 剛剛我們發現，無論什么類型的指針變量，在相同的平臺上，它的大小都是相同的，和類型沒有關系。那么，指針變量的類型有什么意義呢？
3.1 指針的解引用
? ? ? ? 請看代碼：
? ? ? ? 如上，在創建變量a之后，我們取a的地址，此時4個字節中依次存放著：44、33、22、11。
? ? ? ? 如上，在使用*pa修改a的值為0之后，內存中的4個字節全部被修改為0，呈現出：00、00、00、00、00。
? ? ? ? 在上面，我們是用int* pa來接受a的地址的，如果換成char*類型會怎么樣呢？
? ? ? ? 如上，我們發現，如果指針變量pa的類型為char*，那么在執行*pa=0后，內存中只有第1個字節被修改為00，呈現出：00、33、22、11。
? ? ? ? 如上，運行結果顯示，變量a的值確實沒有修改為0，而是為第1個字節修改為0之后的結果。
? ? ? ? 其實，指針的類型決定了，在指針解引用的時候，一次能操作幾個字節。
? ? ? ? 比如：char*的指針解引用就只能訪問1個字節，而int*的指針解引用能訪問4個字節。
? ? ? ? 我們還可以用下面的方式驗證一下，pa由于是char*的類型，所以在打印的時候，也只能打印出第1個字節的內容，只有使用int*才能完整地打印出4個字節所表示的值。如下：
3.2 指針 + - 整數
? ? ? ? 請看代碼：
? ? ? ? 如上，a、pa、pc的地址都是一樣的，這當然應該一樣。
? ? ? ? 但是，pa+1后， 地址增加了4，而pc+1后，地址只增加了1。
? ? ? ? 我們來看看圖示：
? ? ? ? 結論：
- 指針的類型決定了指針向前或向后走一步，有多大（距離）。
- 指針+n，其實就是跳過n個指針所指向元素的長度。
- 指針可以+n，也可以-n。
3.3 void*指針?
? ? ? ? 在前面我們已經了解到， 指針變量是有很多種類型的，比如：int*表示指針指向的是int類型的變量、char*表示指向char類型的變量、short*表示指向short類型的變量、double*表示指向double類型的變量......
? ? ? ? 其實，在指針類型中，有一種特殊的類型叫void*類型，可以理解為，無具體類型的指針（或泛型指針）。
? ? ? ? void*指針可以接收任意類型的地址。
? ? ? ? void*指針的局限性在于，不能直接進行指針的解引用操作和+-整數操作。
? ? ? ? 我們可以看到，void*指針可以接收不同類型的地址，但是無法直接進行指針運算。那么，void*指針到底有什么用呢？
? ? ? ? 一般，void*指針是在函數的參數部分使用的，用來接收不同類型的數據，這樣的設計可以實現泛型編程的效果，使得一個函數可以處理多種類型的數據。
4.指針運算
? ? ? ? 指針的基本運算有3種，如下：
- 指針+-整數
- 指針-指針
- 指針的關系運算
4.1 指針 + - 整數?
? ? ? ? 假如要遍歷一個數組，打印出每一個元素，我們首先想到的可能是如下方法：
? ? ? ? 其實，我們還可以使用指針的方式來遍歷數組。
? ? ? ? 我們知道，數組在內存中是連續存放的，只要知道了第一個元素的地址，就能順藤摸瓜找到后面的所有元素。我們可以將首元素的地址存放在變量p中，*p訪問的是第1個元素，*(p+1)訪問的是第2個元素，*(p+2)訪問的是第3個元素......循環下去，我們就能遍歷數組了，請看下圖：
? ? ? ? 當然了，我們也可以用指針實現倒序打印數組，把數組的尾元素地址交給指針變量p，*p訪問的是倒數第一個元素，*(p-1)訪問的是倒數第二個元素......循環下去即可，請看代碼：
4.2 指針 - 指針
? ? ? ? 關于指針減去指針，我們要注意的是：
- 指針 - 指針的前提是：2個指針指向同一塊空間。
- 指針 - 指針得到的是：2個指針之間的元素個數。?
? ? ? ? 請看代碼：
? ? ? ? 我們再來看看圖示：
? ? ? ? 我們可以聯想到前面所提到的指針 + - 整數：
? ? ? ? 那么，指針 - 指針有什么用呢？我們來看看它的應用：
? ? ? ? 如上，為了統計字符串中，\0之前的字符個數，我們使用了strlen這個庫函數。那么，我們能不能不使用庫函數，而是自己寫一個函數，來統計字符個數呢？
? ? ? ? 我們先來看看指針+1的方式：
? ? ? ? 我們再來思考一下，用指針 - 指針的方式來解決這個問題。如果我們能夠找到'\0'的指針，用'\0'的指針減去首元素的指針，就可以得到元素個數了。請看代碼：
4.3 指針的關系運算
? ? ? ? 指針的關系運算，其實就是地址比較大小。我們知道，地址其實就是一種編號，是數值，當然可以比較大小了。
? ? ? ? 我們還是以遍歷數組為例子：
完結
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