C语言复习第6章 指针(未完成)

一、内存单元与指针

1.1 内存单元与内存单元的编号(地址/指针)

思考:既然要使用这些内存 那计算机是怎么管理/使用这些内存空间的?

• 把内存空间划分成一个一个的内存单元 并给他们编上号 实践中 每个内存单元的大小为1字节
• 内存单元的编号(地址) 在C语言中就叫指针
• 门牌号(地址)----->找到某个房间 编号(地址/指针)----->找到某个内存单元
  
• 内存单元的编号 = 地址 = 指针(变量)
  

1.2 内存单元的编号是如何产生的?

• 这是硬件层面的(电路) 问题 是因为地址线通电产生的二进制序列
• 以32位机器为例 可能产生一个00000000 00000000 00000000 00000001的序列 它就可以作为一个内存单元的编号(地址/指针) 一般用十六进制表示:0x00 00 00 01
• 32位二进制—>8位十六进制

1.3 地址/内存单元的编号/指针 本身是不需要保存的

• 下图右边这些地址(指针) 本身已经通过硬件层面产生了 本身是不需要存储在内存空间里的 所以并不存在"用4/8个字节代表or管理1个字节的内存单元是不是太浪费"之说(不存起来才好 存起来反而浪费)
• 除非你想把某个地址取出来 比如说ff40 那么就需要创建一个指针变量p 然后把ff40给p 这个时候p就需要申请一块内存用来存放ff40了 把地址取出来 赋给一个指针变量 这个时候 才算"地址需要内存空间来存放"
• 设想:内存单元那么多 一开就把每个内存单元的地址存起来 是不是太浪费了? 而且 就算真存起来了 一个指针变量是四个字节 我用4个字节 去管理1个字节大小的内存单元空间 也不合理
• 总而言之 每个内存单元它的地址一开始是硬件电路层面就设定好的 不需要额外安排内存来存储这些地址 除非真的&取出某个内存单元的地址然后赋给某个指针变量 才需要申请内存空间
  

1.4 32/64位机器最多可以管理多大的内存空间?

首先要理解:内存单元如何进行编址的?


32位机器上 有32根地址线
地址线通电 有高(1)低(0)电平 转换成数字信号就是0和1
32根地址线产生的二进制序列 一共有如下可能性:
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000001
00000000 00000000 00000000 00000010
…
01111111 11111111 11111111 11111111
10000000 00000000 00000000 00000000
10000000 00000000 00000000 00000001
…
11111111 11111111 11111111 11111111
把他们依次作为内存单元的地址

一共就能表示2³²个这样的地址 从而管理这么多个内存单元
一般地址用16进制表示 也就是形如:0x0012ff40(4个二进制位–>1个十六进制位 32位机器的地址就是有32个二进制位表示 也就是8个十六进制位)

一个地址 管理一个内存单元
一个内存单元 大小是一个字节
也就是一共可以管理2³²个字节的内存空间 也就是4GB(2³²÷2¹⁰÷2¹⁰÷2¹⁰)

• 同理 64位机器最多就是管理 2³⁴GB(4*2³²) 的内存空间
  

1.5 怎么计算指针(地址/编号)的大小

指针(地址/编号)本身的大小:

• 指针本身的大小是由机器位数决定的
• 32位机器 地址(指针)用32个0或者1表示 也就是32个比特位 也就是4字节
• 64位机器 地址(指针)用64个0或者1表示 也就是64个比特位 也就是8字节

二、指针到指针变量

2.1 怎么把二进制转换成十六进制

• 16进制最大就是15 最小是0
• 用4个二进制位(0000~1111) 就足够表达1个十六进制位所有可能取值了
• 所以把二进制–>十六进制的时候 4个二进制一组 进行转换

2.2 平时说的"指针"的两种理解方式

1. 本质上 指针其实是地址 = 内存单元的编号 即内存单元的编号=地址=指针
2. 但平时说的指针 通常说的是指针变量(存放指针的变量)
   

2.3 指针变量的概念

• 指针变量就是用来存放指针(地址/编号)的变量
• 而指针/地址/编号唯一标识一个内存单元

2.4 类比int理解指针变量

• 地址无非就是8个或者16个十六进制数组成的一个十六进制数 它和10,1一样 本质也是一个数字 只不过是数值的不同形式
• 而我们习惯用十六进制表示地址(指针/编号)
• %p可以打印出地址(指针)的16进制形式 当然也可以直接用%d看看它对应的十进制(但是没什么意义)
  
• 10要存到int里去 那么指针就要存到指针变量里去
• int * pa = &a;//pa就被称为指针变量
• 指针变量也是一种变量 专门用来存放地址(指针/内存单元编号)

图解:

• p放的只是num的首地址(第一个内存单元的编号)
  
  

2.5 指针变量的大小

存放指针的变量(指针变量)的大小:

• 注意:sizeof返回的是无符号整形 所以用%zd占位符比较好 用zd就不报警告了
• 前面说 指针(编号/地址)的大小是4/8字节 所以放指针的变量 也就是指针变量 他的大小也应该是4/8字节 即指针变量的大小 也和它所指向的数据的类型无关 只和机器位数有关
• 32位机器:地址(指针/编号)用32个比特位表示=4字节 故指针变量4字节
• 64位机器:地址(指针/编号)用64个比特位表示=8字节 故指针变量8字节
• 可以这么说 因为指针(地址/编号)的大小是4/8字节 所以指针变量才需要4/8字节这么大去存放他们

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进一步理解 假设在32位机器上:
int a = 10; a申请到的内存里放的内容是:0a 00 00 00(小端)
int *p = &a;请问p申请到的内存里放的是什么? 或者说需要放什么?(假设32位机器 即32根地址线)
答:放的是a申请到的那四个内存单元第一个内存单元的地址 也就是32个bit位 那指针变量p的大小肯定就是32bit = 4byte = 4字节了!
也就是说如果拿一个变量(指针变量)来接收一个指针(地址/编号) 该指针变量至少需要32bit的空间才能放得下—>指针变量大小就是32bit=4字节 只和机器位数有关

2.6 取地址&(在内存层面理解int a = 10)

• 从下图打印结果不难看出 a的地址是由16位十六进制数字成的 即64位的二进制数字组成的 也就说我有64根地址线 那就是64位机器

• %p–>专门用来打印地址(指针变量)的
  问题来了:我取出a的地址 打印 只打印了一个地址 前面不是说一个地址只能表示一个内存单元的地址吗? 但是a明明占用了4字节也就是4个内存单元

• 推测:&a 只是把a占用的四个内存单元的 第一个较小的地址取出来了
  

• 经调试 猜测正确 &a取到的就是申请到的四个内存单元的首地址

• 第二张图打错字了 不是但看 是单看
  
  

• 图解:
  

2.7 int * pa = &num如何解析

• int num = 10:把变量名num去掉 剩下的部分就是num的数据类型
• pa是个指针变量 里面存放的是指针(地址/内存单元编号)
• 把变量名去掉 剩下的就是数据类型:去掉pa 剩下的int* 就是pa的数据类型(指针变量)
• 把*pa去掉 剩下的就是该指针变量所指向的对象的数据类型:去掉*pa 剩下的int就表示指针变量pa指向的是一个int类型的数据
• *先和pa结合 说明pa是一个指针变量 再去掉*pa 说明pa指向的是一个int
  

2.8 *解引用

指针变量里存放的是一个指针 也就是一个地址
*指针变量 就是根据这个地址 找到地址对应的内容

2.9 有关内存调试窗口指针变量的一些说明

首先弄清楚几个点 在64位机器下:

• 指针变量 自己也需要内存空间 也有大小 取决于机器是多少位
• 每个内存单元大小1字节 故int a需要申请四个内存单元来放a的内容
• 且这四个内存单元 每个内存单元都对应1个8字节大小的地址
• 而 &a只是把第一个内存单元的地址取出来了 但a确实占了四个内存单元
• 不同位数的机器int a 都是申请4字节 也就是四个内存单元 但是每个内存单元的地址的大小不相同
  下图要做一些修正:a本身就占了32bit
二进制应该是00000000 00000000 00000000 00010001 也就是0x00 00 00 11
小端存就是:11 00 00 00 第一个内存单元存的是0x11
  
  
• 取出指针变量的地址 也是类似的 p也是有自己的地址的
  

2.10 说明

为了方便起见 int * pa = &a
将来就说pa是一个指针
其实说是指针变量才是最精确的

三、指针类型和指针运算

四、指针和数组

五、指针和字符

六、指针和函数

七、回调函数

总结