c语言指针详解

只看该作者 · 2021-5-18 09:52

为什么需要指针?
指针解决了一些编程中基本的问题。

   第一，指针的使用使得不同区域的代码可以轻易的共享内存数据。当然你也可以通过数据的复制达到相同的效果，但是这样往往效率不太好，因为诸如结构体等大型数据，占用的字节数多，复制很消耗性能。但使用指针就可以很好的避免这个问题，因为任何类型的指针占用的字节数都是一样的（根据平台不同，有4字节或者8字节或者其他可能）。

   第二，指针使得一些复杂的链接性的数据结构的构建成为可能，比如链表，链式二叉树等等。

   第三，有些操作必须使用指针。如操作申请的堆内存。还有：C语言中的一切函数调用中，值传递都是“按值传递”的，如果我们要在函数中修改被传递过来的对象，就必须通过这个对象的指针来完成。

只看该作者 · 2021-5-18 09:52

指针是什么？
   我们指知道：C语言中的数组是指一类类型，数组具体区分为 int 类型数组，double类型数组,char数组等等。同样指针这个概念也泛指一类数据类型，int指针类型，double指针类型，char指针类型等等。

   通常，我们用int类型保存一些整型的数据，如 int num = 97 ，我们也会用char来存储字符： char ch = 'a'。

   我们也必须知道：任何程序数据载入内存后，在内存都有他们的地址，这就是指针。而为了保存一个数据在内存中的地址，我们就需要指针变量。

因此：指针是程序数据在内存中的地址，而指针变量是用来保存这些地址的变量。

pointer指针（1.整型指针：int*）（2.float指针：float*）（char指针:char*）（类/结构体指针：Student*,User*）~

为什么程序中的数据会有自己的地址？

弄清这个问题我们需要从操作系统的角度去认知内存。

电脑维修师傅眼中的内存是这样的：内存在物理上是由一组DRAM芯片组成的。

   而作为一个程序员，我们不需要了解内存的物理结构，操作系统将RAM等硬件和软件结合起来，给程序员提供的一种对内存使用的抽象。,这种抽象机制使得程序使用的是虚拟存储器,而不是直接操作和使用真实存在的物理存储器。所有的虚拟地址形成的集合就是虚拟地址空间。

   也就是说，内存是一个很大的，线性的字节数组（平坦寻址）。每一个字节都是固定的大小，由8个二进制位组成。最关键的是，每一个字节都有一个唯一的编号,编号从0开始，一直到最后一个字节。如上图中，这是一个256M的内存，他一共有256x1024x1024 = 268435456个字节，那么它的地址范围就是 0 ~268435455 。

只看该作者 · 2021-5-18 09:53

由于内存中的每一个字节都有一个唯一的编号，因此，在程序中使用的变量，常量，甚至数函数等数据，当他们被载入到内存中后，都有自己唯一的一个编号，这个编号就是这个数据的地址。指针就是这样形成的。

1、内存的数据

内存的数据就是变量的值对应的二进制，一切都是二进制。97的二进制是 : 00000000 00000000 00000000 0110000 , 但使用的小端模式存储时，低位数据存放在低地址，所以图中画的时候是倒过来的。

2、内存数据的类型

内存的数据类型决定了这个数据占用的字节数，以及计算机将如何解释这些字节。num的类型是int，因此将被解释为一个整数。

3、内存数据的名称

内存的名称就是变量名。实质上，内存数据都是以地址来标识的，根本没有内存的名称这个说法，这只是高级语言提供的抽象机制，方便我们操作内存数据。而且在C语言中，并不是所有的内存数据都有名称，例如使用malloc申请的堆内存就没有。

4、内存数据的地址

如果一个类型占用的字节数大于1，则其变量的地址就是地址值最小的那个字节的地址。因此num的地址是 0028FF40。内存的地址用于标识这个内存块。

5、内存数据的生命周期

num是main函数中的局部变量，因此当main函数被启动时，它被分配于栈内存上，当main执行结束时，消亡。

如果一个数据一直占用着他的内存，那么我们就说他是“活着的”，如果他占用的内存被回收了，则这个数据就“消亡了”。C语言中的程序数据会按照他们定义的位置，数据的种类，修饰的关键字等因素，决定他们的生命周期特性。实质上我们程序使用的内存会被逻辑上划分为：栈区，堆区，静态数据区，方法区。不同的区域的数据有不同的生命周期。

无论以后计算机硬件如何发展，内存容量都是有限的，因此清楚理解程序中每一个程序数据的生命周期是非常重要的。