【C 指针】自底向上理解C语言指针 01----地址与指针

指针即地址

指针就是这么简单，又远不止这么简单。

一、变量—地址—指针

1.1变量存储位置

在程序定义了变量，变量又被存储在了哪里呢？硬盘还是内存条？

其实都不是，上面最快的内存（40G/s），速度依旧不够快。

答案是缓存（cache）：

而缓存一般是多级缓存，其速度比内存快得多。

缓存与内存都称为RAM（Random Access Memory），其中：缓存一般都是SRAM，内存为DRAM。

不同类型的变量会存放在SRAM的不同区域，如堆区、栈区、静态区：

1.栈区（stack）— 由编译器自动分配释放 ，存放为运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。该栈的最大存储是有大小的，该值固定，超过该大小将会造成栈溢出。
2.堆区（heap） — 一般由程序员分配释放， 用来存储数组，结构体，对象等。若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。
3.全局区（静态区）（static）— 存放全局变量、静态数据、常量。程序结束后由系统释放。

1.2 地址

用一个黄色方块表示一位SRAM存储区，一个字节则需要8个小方块，它们共用一根地址线。

一个字节数据读写时，先给地址线高电平（写1），再给数据线相应的电平（看你要写什么了）。

两个字节读写时：则可以使用非门来选择对哪一个字节进行读写。

而对多个字节进行读写，则可以使用译码器，使用很少的地址线就可以确定对哪一个字节进行读写，如下图的38译码器，3根地址线可以操作8个字节。

而16根地址线就可以控制64KB字节的读写：

1.3 指针与地址

我们来定义简单定义一个变量和指针：

char a = 10;
char* p = &a;

上面：我们定义了一个char型变量a，它的值是10，&a是a的地址（也就是a在SRAM中的存储位置，&是取地址运算符），我们把a的地址（&a）赋值给了p。其中char* p和char *p是一样的，不过在你的代码中要统一才好（看）。

假设我们的存储空间只有16个字节。存储char型变量a需要一个字节空间，假设他存储在第16个字节中，那么他的地址就是1111（二进制），即0xF（十六进制）。

将a的地址赋值给指针p:char* p=&a。也就是char型指针p的值是0xF，再使用间接运算符就可以获得该地址的值。

间接运算符 * 也称作解引用运算符。

1.4 简单代码理解

先来点简单的：

#include

int main()
{
	char a = 10;
	char* p = &a;
	//变量的值
	printf("变量a的值是：%d\n", a);
	//变量的地址
	printf("a的地址是：%p\n",&a);
	//指针的值即地址处存放的值
	printf("指针p指向地址存储的值是：%d\n", *p);
	//指针的值是变量地址
	printf("指针的值（即变量地址）是：%p\n", p);
	//变量的地址处存放的是变量的值
	printf("a的地址存放的值是a的值：%d\n",*(&a));
	//指针的地址
	printf("指针p的地址是：%p\n",&p);
	//指针的地址处存放的是a的地址；
	printf("指针的地址处存放的是a的地址：%p\n",*(&p));
	return 0;
}

输出：

变量a的值是：10
a的地址是：000000A801CFF9C8
指针p指向地址存储的值是：10
指针的值（即变量地址）是：000000A801CFF9C8
a的地址存放的值是a的值：10
指针p的地址是：000000A801CFF9C0
指针的地址处存放的是a的地址：000000A801CFF9C8

注：

1. char从技术层面讲是（8位）整数类型；
2. 64(x64)位的电脑，地址则是16位16进制数，32位（x86）则是8为16进制数。
3. 指针变量本身也是有地址的，这个地址存放的是指针指向变量的地址。

1.5 拓展—变量名存储在哪里了

一个变量通常包含这些要素：

1. 变量类型；
2. 变量名；
3. 变量地址；
4. 变量的值。
   

变量存储在缓存中，那变量名呢？

在C语言中，变量名存放在符号表（symbol table）中。符号表是一个数据结构，用于保存程序中定义的所有变量、函数等符号的名称、数据类型以及在内存中的地址等信息。在程序编译过程中，编译器会将变量名添加到符号表中，以便在程序执行时能够正确地访问变量。

在程序运行时，变量名不再存在于内存中，只有变量的值和地址才会被存储在内存中。当程序需要访问变量时，编译器会根据变量名在符号表中查找变量的信息，然后使用该信息来生成相应的汇编代码，从而访问变量的值或地址。

二、指针变量的定义、使用与运算

2.2 指针变量的定义

下面两种定义方式都可以

即：

char* p;
char *p;

不同类型的指针操作不同类型的变量。

定义后最好进行初始化。

如果没有显式初始化指针变量，它的值将是不确定的，也就是一个随机的值。如果你试图在没有初始化指针变量的情况下对其进行解引用操作，程序可能会导致不可预知的结果，甚至可能崩溃。

在某些情况下，如果你还不确定要分配内存，您可能希望在稍后的代码中初始化指针变量。在这种情况下，建议将指针变量初始化为NULL。这样做可以确保指针变量不会被用于解引用操作，直到分配了相应的内存。

int *ptr; // 未初始化的指针变量
int *ptr = NULL; // 初始化为NULL的指针变量

2.2 使用指针（入门）

本文先介绍指针简单的使用，能看懂下面这段就ok了。

int a=5;
int* pa=&a;

 *&a可以理解为*(&a)，&a表示取变量 a 的地址（等价于 pa），*(&a)表示取这个地址上的数据（等价于 *pa），绕来绕去，又回到了原点，*&a仍然等价于 a。
 
 &*pa可以理解为&(*pa)，*pa表示取得 pa 指向的数据（等价于 a），&(*pa)表示数据的地址（等价于 &a），所以&*pa等价于 pa。

以及这张图：

2.3 指针变量的运算

指针存储的是它指向的变量的地址，是一个数（我们通常使用%p来输出，即左侧带补0的十六进制），因此也可以做一些运算，如加减、比较等。

定义如下变量并赋值：

	char a = 10;
	int arr[4] = { 5,2,3,4 };
	int b = 20;
	char* pa = &a;
	int* pb = &b;

---

先打印a、b以及地址：

	printf("a = %d\n",a);
	printf("*pa = %d\n\n", *pa);

	printf("b = %d\n",b );
	printf("*pb = %d\n\n", *pb);

	printf("&a = %p\n",&a );
	printf("pa = %p\n\n",pa );

	printf("&b = %p\n", &b);
	printf("pb = %p\n\n", pb);

这似乎没有什么问题，输出：

a = 10
*pa = 10

b = 20
*pb = 20

&a = 00000047880FF770
pa = 00000047880FF770

&b = 00000047880FF774
pb = 00000047880FF774

---

再来对指针变量进行加法运算：

	printf("pa = %p\n",pa);
	printf("pa+1 = %p\n", ++pa);
	printf("pb = %p\n",pb);
	printf("pb+1 = %p\n\n", ++pb);

输出：

pa = 00000047880FF770
pa+1 = 00000047880FF771
pb = 00000047880FF774
pb+1 = 00000047880FF778

这里可以看到，指针变量pa加1之后，结果确实加1了，而pb加1之后，输出值却增加了4

这其实与指针变量的类型有关：指针变量pa是char型变量，加1就加1个字节；而指针变量pb是int型变量，加1则会加4个字节，

也就是说加1指的是加一个存储单元，这就是必须声明指针所指向对象类型的原因之一。

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指针变量的比较运算：

	printf("pa!=pb的结果是：%d\n",pa!=pb);

输出：

pa!=pb的结果是：1

---

数组：
数组的一些操作，下篇文章完整介绍：

注意：* arr，*（arr+1），*arr+1

	printf("*arr = %d = arr[0] = %d\n",*arr,arr[0]);
	printf("*(arr+1) = %d = arr[1]=%d\n", *(arr+1),arr[1]);
	printf("*arr+1 = %d = arr[0]+1 = %d\n\n",*arr+1,arr[0]+1);

输出：

*arr = 5 = arr[0] = 5
*(arr+1) = 2 = arr[1]=2
*arr+1 = 6 = arr[0]+1 = 6

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参考视频1：https://www.bilibili.com/video/BV1o8411T7K5?t=5.9
参考视频2：https://www.bilibili.com/video/BV1Gi4y1w7yG?t=105.7