深入理解指针（1）

1.内存和地址

1.1内存

在讲内存和地址之前，我们想有个⽣活中的案例：
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。
⽣活中，每个房间有了房间号，就能提⾼效率，能快速的找到房间。
如果把上⾯的例⼦对照到计算中，⼜是怎么样呢？
我们知道计算上CPU（中央处理器）在处理数据的时候，需要的数据是在内存中读取的，处理后的数据也会放回内存中，那我们买电脑的时候，电脑上内存是8GB/16GB/32GB等，那这些内存空间如何⾼效的管理呢？
其实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。
计算机中常⻅的单位：
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		    1byte = 8bit
KB                  1KB = 1024byte
MB                  1MB = 1024KB
GB                  1GB = 1024MB
TB                  1TB = 1024GB
PB                  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⻔牌号），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。
⽣活中我们把⻔牌号也叫地址，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：指针。
所以我们可以理解为：
内存单元的编号=地址=指针

1.2地址

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同⼯作的。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。
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。

2. 指针变量和地址

2.1 取地址操作符（&）

理解了内存和地址的关系，我们再回到C语⾔，在C语⾔中创建变量其实就是向内存申请空间，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：

0x006FFD70
0x006FFD71
0x006FFD72
0x006FFD73

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 
int main()
{
	int a = 10;
	&a; //取出a的地址
	printf("%p\n", &a);
	return 0;
}

按照我画图的例⼦，会打印处理：006FFD70
&a取出的是a所占4个字节中地址较⼩的字节的地址。

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（*）

指针变量
那我们通过取地址操作符(&)拿到的地址是⼀个数值，⽐如0x006FFD70，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。
⽐如：

#include 
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。
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？

char ch = 'w';
pc = &ch; // pc的类型怎么写呢？

相信聪明的你心里已经有答案了趴。
解引用操作符
我们将地址保存起来，未来是要使⽤的，那怎么使⽤呢？
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(*)。

# include 
int main()
{
	int a = 100;
	int* pa = &a;
	*pa = 0;
	return 0;
}

上⾯代码中第7⾏就使⽤了解引⽤操作符， *pa 的意思就是通过pa中存放的地址，找到指向的空间，*pa其实就是a变量了；所以*pa=0，这个操作符是把a改成了0。
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 
//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。

3. 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

对⽐，下⾯2段代码，主要在调试时观察内存的变化。

//代码1                              //代码2
#include             #include 
int main()                           int main()
{                                    	 {
	int n = 0x11223344;            int n = 0x11223344;      
	int *pi = &n;                          char *pc = (char *)&n;
	*pi = 0;                                 *pc = 0;
	return 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 
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;
}

代码运⾏的结果如下：

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。
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）。

4.指针运算

指针的基本运算有二种，分别是：

• 指针+ -整数
• 指针 - 指针

4.1指针+ -整数

因为数组在内存中是连续存放的，只要知道第⼀个元素的地址，顺藤摸⽠就能找到后⾯的所有元素。

int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}; 

#include 
//指针+- 整数
int main()
{
	int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
	int *p = &arr[0];
	int i = 0;
	int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
	for(i=0; i

4.2指针 - 指针

//指针-指针
#include 
int my_strlen(char *s)
{
	char *p = s;
	while(*p != '\0' )
	p++;
	return p-s;
}
int main()
{
	printf("%d\n", my_strlen("abc"));
	return 0;
}

5. 指针的使用和传址调用

5.1 strlen的模拟实现

库函数strlen的功能是求字符串⻓度，统计的是字符串中 \0 之前的字符的个数。
函数原型如下：

size_t strlen ( const char * str );

参数str接收⼀个字符串的起始地址，然后开始统计字符串中 \0 之前的字符个数，最终返回⻓度。
如果要模拟实现只要从起始地址开始向后逐个字符的遍历，只要不是 \0 字符，计数器就+1，这样直到 \0 就停⽌。
参考代码如下：

int my_strlen(const char * str)
{
	int count = 0;
	assert(str);//assert函数断言确定star不是空指针，需要头文件
	while(*str)
	{
		count++;
		str++;
	}
	return count;
}
int main()
{
	int len = my_strlen("abcdef");
	printf("%d\n", len);
	return 0;
}

5.2传值调用和传址调用

学习指针的⽬的是使⽤指针解决问题，那什么问题，⾮指针不可呢？
例如： 写⼀个函数，交换两个整型变量的值
⼀番思考后，我们可能写出这样的代码：

#include 
void Swap1(int x, int y)
{
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}
int main()
{
	int a = 0;
	int b = 0;
	scanf("%d %d", &a, &b);
	printf("交换前：a=%d b=%d\n", a, b);
	Swap1(a, b);
	printf("交换后：a=%d b=%d\n", a, b);
	return 0;
}

当我们运⾏代码，结果如下：

我们发现其实没产⽣交换的效果，这是为什么呢？
调试⼀下，试试呢？

我们发现在main函数内部，创建了a和b，a的地址是0x00cffdd0，b的地址是0x00cffdc4，在调⽤Swap1函数时，将a和b传递给了Swap1函数，在Swap1函数内部创建了形参x和y接收a和b的值，但是x的地址是0x00cffcec，y的地址是0x00cffcf0，x和y确实接收到了a和b的值，不过x的地址和a的地址不⼀样，y的地址和b的地址不⼀样，相当于x和y是独⽴的空间，那么在Swap1函数内部交换x和y的值，⾃然不会影响a和b，当Swap1函数调⽤结束后回到main函数，a和b的没法交换。Swap1函数在使⽤的时候，是把变量本⾝直接传递给了函数，这种调⽤函数的⽅式我们之前在函数的时候就知道了，这种叫传值调用。
结论：实参传递给形参的时候，形参会单独创建⼀份临时空间来接收实参，对形参的修改不影响实参。
所以Swap是失败的了。
那怎么办呢？
我们现在要解决的就是当调⽤Swap函数的时候，Swap函数内部操作的就是main函数中的a和b，直接将a和b的值交换了。那么就可以使⽤指针了，在main函数中将a和b的地址传递给Swap函数，Swap函数⾥边通过地址间接的操作main函数中的a和b，并达到交换的效果就好了。

# include 
void Swap2(int*px, int*py)
{
	int tmp = 0;
	tmp = *px;
	*px = *py;
	*py = tmp;
}
int main()
{
	int a = 0;
	int b = 0;
	scanf("%d %d", &a, &b);
	printf("交换前：a=%d b=%d\n", a, b);
	Swap1(&a, &b);
	printf("交换后：a=%d b=%d\n", a, b);
	return 0;
}

⾸先看输出结果：

我们可以看到实现成Swap2的⽅式，顺利完成了任务，这⾥调⽤Swap2函数的时候是将变量的地址传递给了函数，这种函数调⽤⽅式叫：传址调用。
传址调⽤，可以让函数和主调函数之间建⽴真正的联系，在函数内部可以修改主调函数中的变量；所以未来函数中只是需要主调函数中的变量值来实现计算，就可以采⽤传值调⽤。如果函数内部要修改主调函数中的变量的值，就需要传址调⽤。
今天就分享到这里啦。

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花开花谢，此消彼长，云卷云舒，又是一年。愿时间更替带给你美丽心情，祝大家新年快乐！我在这里提前给大家拜年了哟