指针学习笔记

Posted 2023-02-22 Sunnix

c语言的指针神秘而强大，刚开始接触的时候非常不能理解，随着对c语言、处理器和内存的慢慢熟悉，指针也是一点一点揭开神秘的面纱。现将一些个人的理解和思考，以笔记的形式保存下来，以便以后翻阅。

在我们编程的时候，申明一个变量，或者类的实例，都需要在内存中占用一定的空间，来保存这些数据。处理器要保存这些数据，首先需要一个地址，以便在再次用到这个变量的时候能读出保存在其中的值。就像人一样，假设你用一个仓库来存储东西，那么你将东西放置在仓库的某个地方以后，你就需要记住这个地址，以便在你重新用到这个东西的时候能准确无误的找到它。

那么假设我们在编程的时候有这样一条语句

char a=10;

那么处理器在内存中是如何保存这个变量呢，假设随便找个地址保存，通俗的来讲，应该是这样的

当然实际中应该是二进制的，那么0X 0000 0000 就是这个地址，和实际中某一栋楼的某个房间的门牌号是类似的，0X0A就是这个地址保存的内容，也就是现实中这个门牌号所对应的房间中存放的东西。

一个地址中可以保存8bit也就是一个字节的内容，所能保存的数据范围就是0--255，如果是有符号的，那就是-128--127。显然这个数据范围有点小，那么要保存一个int类型的数据就需要连续的四个地址。假设编程中有这样一条语句

int a=328; 通俗来讲，应该是这样的（将328写成16进制，按高地位写进相应的地址）

那么指针也是一样的，保存一个指针也需要4个字节的内存（各平台不同），就像现实中有一个门牌号，这个门牌号对应的房间中存放着相应的东西。只不过不同的类型，翻译的意义也就不一样，如果是int类型，那么房间的内容就翻译为值为xx的整数，如果是指针类型，那么房间的内容就翻译为一个地址。

假设这样一个程序：

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
	
	int a = 10;
	int *p;
	p = &a;
	cout << p << endl;
	cout << &p << endl;

输出如下：

那么内存中的结构就是这样的

其实有时候指针难理解就是因为申明的时候带个 * ，如果把这个星号和基本类型连在一块就很好理解了，比如 int* p，p也是一个普通的变量，它的类型是int* ，它的内容中保存的是一个地址，这个地址指向一个变量，这个变量的类型是int。还有一个地方就是指针内容中保存的这个地址，其实说白了就是一个32bit（平台差异，有所不同）的二进制数据，如果把它翻译理解成为一个整数，就是0--(2^32)-1中任意一个，可以是10，也可以是100、456132，只要不超出数据范围就行。也可以在编程的时候强制数据转换，将一个地址转换为一个int类型的整数。假设有这样一段代码：

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
	
	int a = 10;
	int b;
	int *p;
	b = (int)&a;
	cout << &a << endl;
	cout << b << endl;
	cout << *(int*)b<< endl;

输出是这样的：

第一行就是变量a的地址，0X 0036 FD00，在程序中我们将a的地址强制转换为int类型，赋值给b，输出b，也就是3603712，因为b是一个整型变量，所以输出的时候是10进制显示，将3603712写成16进制就是0X 0036 FD00，在最后一行中，又将b的数据类型强制转换为 int*（和int一样，int*也是一种数据类型），然后用间接引用运算符*，取出这个地址保存的内容，也就是a的值10。

有关指针有很重要的两个运算符，一个是地址运算符&和间接引用运算符*。&很好理解，就是取出变量在内存中的地址，间接引用运算符*取出一个地址中保存的内容，很像读操作。在嵌入式编程中，假设知道某一段flash的地址，就可以用*运算符读出其中的内容。

和指针密切相关的一种数据结构就是数组，平时用数组的时候可能还不会觉得，其实数组也是和地址密切相关的，只不过这些底层的操作已经很好的被封装了。假设有这样一条语句，int num[3]=1,2,3，那么就会在内存中开辟出连续12字节长度的内存，每四个字节保存一个int类型的变量。num就是这一段内存的首地址。假设有这样一段代码

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
	
	int num[3] =  1, 2, 3;
	cout << num << endl;

输出是这样的

那么内存中的结构就是这样的

给0X 0032 FA60这个地址起个别名就叫做num，也就是数组名，也可以说数组名就是这段内存的首地址。假设我们进行num[2]运算，[ ]也是一种运算符，它会将这段首地址偏移n*sizeof(t)个字节，取出其中保存的内容，其中n就是[ ]运算符中的数，t就是数组的类型，如果是int，那么就是sizeof(int)。既然数组的名字就是数组的首地址，那么就可以将这个地址赋值给指针，接着对指针的操作和对数组的操作就是等效的。假设有这样一段代码

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
	
	int num[3] =  1, 2, 3;
	int* p;
	p = num;
	cout << p[1] << endl;
	cout << *(num + 2) << endl;

将num赋值给指针p以后，对指针的操作和对数组名的操作是等效的。num是一个地址，那么对地址+2，这和普通的+运算符是不一样的，相当于普通的+运算符加n*sizeof(t)，n就是+运算符后面的操作数，t就是数组的类型，本例中是int，等于是将num的地址偏移8，也就是到了上图中0X 0032 FA68这个位置，再用简介引用操作符*取出其中的内容，也就是3。其实就等效于num[2]。