程序诗篇里的灵动笔触：指针绘就数据的梦幻蓝图（水文，勿三）

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我的博客：Xiao Xiangζั͡ޓއއ

很高兴见到大家，希望能够和大家一起交流学习，共同进步。

这一节我们来学习指针的相关知识，学习内存和地址，指针变量和地址，包括取地址操作符，指针变量和解引用操作符，指针变量类型的意义，指针变量的大小，指针的解引用，指针±整数，void指针

一、内存和地址

1.1 内存

在 C 语言中，内存是程序运行的基础，用于存储程序中的数据和代码。
我们来举一个生活中的例子：假设有⼀栋宿舍楼，把你放在楼里，楼上有100个房间，但是房间没有编号，你的一个朋友来找你玩，如果想找到你，就得挨个房子去找，这样效率很低，但是我们如果根据楼层和楼层的房间的情况，给每个房间编上号，如：

⼀楼：101，102，103...
⼆楼：201，202，203...
...

有了房间号，如果你的朋友得到房间号，就可以快速的找房间，找到你。
同理，我们在买电脑的时候也会发现电脑的内存有8GB、16GB、32GB等，那这些内存空间如何高效的管理呢？其实一样也是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。
PS：计算机中的常见单位：一个比特位可以存储一个2进制的位1或者0

bit - ⽐特位
Byte - 字节
KB
MB
GB
TB
PB

1Byte = 8bit
1KB = 1024Byte
1MB = 1024KB
1GB = 1024MB
1TB = 1024GB
1PB = 1024TB

其中，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门牌号），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。生活中我们把门牌号也叫地址，在计算机中我们
把内存单元的编号也称为地址。C语言中给地址起了新的名字叫做：指针。

所以我们可以理解为：
内存单元的编号=地址=指针

1.2 如何理解编址

编址是计算机系统中一个关键的概念，它涉及为计算机中的各种存储单元或设备分配唯一标识符，以便能够对它们进行准确的访问和管理。
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，所以需要给内存进而编址(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。

举个例子，如果我们想要访问某个地址，首先控制总线会发出指令，如何根据地址总线找到内存中对应的位置，接着在通过数据总线传递回来。

二、指针变量和地址

2.1 取地址操作符（&）

在 C 语言中，取地址操作符是“&”。它用于获取一个变量的内存地址。例如，如果有一个变量 int a; ，那么 &a 就表示变量 a 的地址。

PS：变量创建的本质其实是：在内存中申请空间，向内存申请4个字节的空间，存放10
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：

0x004FF9D4  
0x004FF9D5  
0x004FF9D6  
0x004FF9D7

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;printf("%p\n", &a);return 0;
}

注意：&a取出的是a所占4个字节中地址较小的字节的地址。
实际上，地址也是二进制的，只是为了在vs容易表示写成了16进制

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

在C语言中，指针变量是一种特殊的变量，它存储的是内存地址，而不是普通的数据值。
我们通过取地址操作符(&)拿到的地址是一个数值，比如：0x004FF9D4，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。

#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？
很显然，自然是放在char类型的指针变量中。

2.2.3 解引用操作符

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(*)。
解引用操作符用于访问指针所指向的内存位置的值。也就是说，当你有一个指针变量，它存储了某个变量的内存地址，通过解引用操作符，你可以获取或修改该内存地址中存储的值。

举个例子：

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

第五行中定义了一个指向整型的指针变量 pa。int* 表示指针的类型，即该指针指向的是一个整型变量。& 是取地址运算符，&a 表示获取变量 a 的内存地址。因此，这行代码将变量 a 的地址赋值给指针 pa，使得 pa 指向了变量 a。
而第六行就有了解引用操作符的使用，*pa 表示访问 pa 所指向的变量，也就是变量 a。这行代码将 0 赋值给 *pa，实际上就是将 0 赋值给变量 a，从而修改了变量 a 的值。
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

三、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

C 语言指针解引用是通过指针访问其指向内存地址中存储值的操作，使用星号 * 作为解引用操作符。它主要用于访问和修改数据，以及对动态分配的内存进行读写。 代码应用场景包括基本指针解引用、指针与数组结合的解引用和多级指针的解引用。使用时要注意进行空指针检查，避免对 NULL 指针解引用导致程序崩溃，同时防止使用未正确初始化或指向已释放内存的野指针，以免引发未定义行为。

对比下面两段代码：

//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;
}

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

void 指针也被称为通用指针，其类型声明为 void *。它可以指向任意类型的数据，也就是说，void 指针可以存储任何类型变量的地址，但它本身并不明确所指向数据的具体类型。

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。
举个例子：

#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;
}

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，后面我们会继续讲解viod指针。

四、结尾

这一课的内容就到这里了，下节课继续学习操作符的其他一些知识
如果内容有什么问题的话欢迎指正，有什么问题也可以问我！