C语言 —— 初步入门知识（内存、指针、结构体）

本篇文章将接着上篇继续介绍C语言的基础知识，那么对于C语言大部分初学者会觉得难以理解， 所以作者将指针单独拿出来写篇较短的文章进行讲解。

1.指针

1.1 内存

要学习指针，就先要了解内存。一起来看。

内存是计算机中的关键组成部分，用于存储数据和程序。每个内存单元的大小通常是1字节，这意味着它可以存储8位的二进制数据（每个位可以是0或1）。

当计算机需要访问内存中的特定位置时，它需要生成一个地址，以便指示内存控制器要读取或写入哪个内存单元的数据。对于32位的计算机，生成地址的过程涉及到32根地址线。

这些地址线的状态（通电或不通电）以二进制形式表示。例如，如果计算机有32根地址线，它们可以同时处于以下状态：

• 00000000 00000000 00000000 00000000（对应0）
• 00000000 00000000 00000000 00000001（对应1）
• ...
• 11111111 11111111 11111111 11111111（对应最大的32位二进制值）

这些地址线的不同组合产生不同的二进制地址。每个不同的地址都对应一个内存单元（1字节），因此，对于32位电脑来说，它可以管理的最大内存容量为4GB（千兆字节）。

所以，如果一个内存单元的大小是1字节，并且计算机使用32位地址线，那么它可以管理的最大内存容量就是4GB。这意味着它可以同时访问和处理4GB的数据和程序。这种地址线和内存容量的关系对计算机的性能和功能有重要影响，因此在计算机硬件设计中非常重要。

如何理解内存? 这个时候就要类比生活中的例子.

在生活中有许多的居民楼, 居民楼里面整个空间就被划分为一个个房间, 对每个房间进行编号, 这样就能很好的知道每个房间的位置. 假如要送外卖到某个房间, 那么只要知道客户的地址, 也就是房间的编号就可以准确无误的送达.

那么内存也是一样的, 内存就相当于上面例子中的"居民楼", 划分出的单元"房间"的编号就是内存单元的地址. 当给内存空间的每个单元编号, 有地址了之后, 需要找到哪个内存空间就会非常的方便.

总结如下:

内存划分成一个个小的内存单元，每个内存单元的大小是1个字节.

为了能够有效的访问到内存的每个单元，就给内存单元进行了编号，这些编号被称为该内存单元的地址.

上图中的编号为十六进制

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1.2 变量在内存中的存储

变量是创建内存中的(在内存中分配空间的)，每个内存单元都有地址，所以变量也是有地址的。

编写以下代码进行调试, 来查看变量在内存中的存储.

int main()
{
    int a = 10;    // 向内存申请 4 个字节的空间, 存储 10
    &a;    // 取地址操作符

    return 0;
}

如果需要看内存也可以在调试->窗口->内存打开内存调试窗口进行查看.(注意这里面的窗口必须是先开始调试才能看到监视/内存窗口)

输入&a, 按下回车可以看到,

内存窗口中的地址和上方监视窗口显示的&a的值是相同的.

十进制: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
八进制: 0~7
十六进制: 0~9 a b c d e f

十进制的10 转化为二进制:
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010
再转化为十六进制:
0 0 0 0 0 0 0 a
即:
0x 00 00 00 0a
到内存中则倒序存储(暂时不解释为什么倒序)

所以可以看到, 内存中确实存储了数据10.

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通过%p可以打印a的地址.

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1.3 指针变量存储地址

1.3.1 指针与指针变量

我们在前面打印的a的地址, 是个十六进制的数字, 下面我们假设a的地址为0x0012ff40(凭空捏造出来的地址, 用以说明), 那么这个地址也是可以像int a = 10;把10存进a中一样, 将这个地址存进某个变量中, 如下所示.

int* p = &a;

把a的地址取到, 放到p中, 那么p的变量类型为int*. 此时, 这个变量p就叫做指针变量.

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我们前面有聊到内存单元, 每个内存单元都有编号, 那么这个编号其实就是地址, 而这个"地址"也别称为"指针". 所以指针就是地址.

上面的p是用来存a的地址的, 也就是存a的编号, 也就是存a的指针. 所以把存放地址, 存放指针的变量叫做指针变量.

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当p是指针变量的时候如何理解它?

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1.3.2 存储地址的意义

我们通过地址可以找到地址上的对象, 现在p中存放了a的地址, 那么就可以通过p找到a.

*p; 

*是解引用操作符, 这里意思是通过 p中存放的地址, 找到 p所指向的对象, *p 就是 p 指向的对象, 也就是 a.

int main()
{
    int a = 10;
    printf("%p\n", &a);

    int* p = &a; 
    printf("%d\n", a);

    *p = 20;
    printf("%d\n", a);

    return 0;
}

1.3.3 指针变量的大小

不管是什么类型的指针, 都是在创建指针变量. 指针变量是用来存放地址的, 它的大小取决于一个地址存放需要的大小.

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("%zu\n", sizeof(char*));    // 4
    printf("%zu\n", sizeof(short*));   // 4
    printf("%zu\n", sizeof(int*));     // 4
    printf("%zu\n", sizeof(float*));   // 4
    printf("%zu\n", sizeof(double*));  // 4
    return 0;
}

2.结构体

之前我们已经有学过各种数据类型, 比如char, short, int, long, float, double等等, 但是这些类型不能表示所有的情况, 因为这些类型表示一些数值是没有任何问题的, 但是如果需要表示一个复杂对象, 比如要表示 人.就得要有名字, 年龄, 性别, 地址, 电话. 再比如表示一本 书. 就得要有书名, 作者, 出版社, 定价, 书号. 所以要表示一个复杂对象就不能用简单的数据类型表示, 这个时候C语言就给了程序员自定义类型的能力, 自定义类型中有一种是结构体.

结构体是把一些单一类型组合在一起的做法.

// 学生
struct Stu
{
    // 成员
    char name[20];
    int age;
    char sex[10];
    char tele[12];
};

void print(struct Stu* ps)
{
    printf("%s %d %s %s\n", (*ps).name, (*ps).age, (*ps).sex, (*ps).tele);
    // -> 
    // 结构体指针变量->成员名
    printf("%s %d %s %s\n", ps->name, ps->age, ps->sex, ps->tele);

}
int main()
{
    // 结构体初始化
    struct Stu s = {"zhangsan", 20, "nan", "01234567890"};
    // 结构体对象.成员名
    printf("%s %d %s %s\n", s.name, s.age, s.sex, s.tele);

    print(&s);

    return 0;
}