关于指针类型和指针类型转换的理解

Posted 2020-11-20 chanabi

前几天在判断  “值相同的两个指针所指向的变量的值可以不同 ”  这句话时，发现自己对指针类型一些概念仅仅是记住了结论。于是以理解这句话为出发点，查阅了一些资料，用这篇博客来记录一下一些与指针类型和指针类型转化相关的知识。

 

 一些用到的

在开始之前，先来复习一些下面会用到的知识。

1.内存地址，字节，位

　　位（bit）是电子计算机中最小的数据单位。每一位的状态只能是0或1。

　　字节（Byte）是用于计量存储容量的一种单位，每一个字节由8位组成（1Byte = 8bit）。

　　内存地址是在一片内存中，每个一个字节的编号。

　　他们在内存中的关系就好像，内存是一栋大楼，字节的大楼中的每一层，地址是楼层编号，位是每一层中的房间，每一层有8个房间。

　　　

 

2.变量的内存

　　编译器会根据变量的类型，在内存中申请一块空间。不同的编译环境中申请到的空间也不同。例如32位与64位中 int 类型申请到4字节的空间，可以理解为编译器申请了几层楼，作为”办公区域“。

3.指针变量

 

　　指针是指程序数据在内存中的地址。在c语言当中，允许用一个变量来存放指针，这种变量称为指针变量。

 

 

指针变量只知道楼层号？

　　　存储在指针变量的值，是计算机中的内存地址，也就是“楼层号”。我们在写程序时候，想要让指针指向一个变量，会将一个变量的地址赋给一个指针：

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

　　

　　”&“操作符取出了变量 a 在内存空间中的首地址（”办公区域“中第一层的编号），而后通过 “ * ”  操作符取出首地址所在内存空间的数据。

　　在前面我们提到，存储变量的区域，是“几层楼”组合起来的空间。而指针变量在只知道首地址（第一层楼层号）的情况下，就能找到整个内存空间（工作区域）。它是怎么做到的？我们先来看看指针变量的声明。

 

　　我们在声明一个指针变量的时候，会根据它将要指向的变量类型，声明对应的类型，例如：

    int a;
    long b;
    char c;

    int *pa = &a;
    long *pb = &b;
    char *pc = &c;

 

　　不同类型指针的区别：

　　不管是指向什么类型的指针变量，所存的值都是地址，在计算机都是一个int类型的值。到底声明不同类型的指针变量的背后是什么？答案是规定指针在内存中移动的最小字节数。

　　例如定义“int *pa = &a”，当需要通过pa读取变量a的值时，由于int类型变量在内存中占4个字节，指针在内存中，会从首地址指向的字节开始移动，读取4个字节的内存数据。同理，当声明类型是char时，由于short类型变量占2个字节，指针从首地址指向的字节开始移动，读取2个字节的内存数据。我们通过声明指针所要指向的类型，告诉指针要从“工作区第一层楼”开始，往上走几层“楼”，来确定变量对应的内存空间。

　　因此，指针变量不仅仅知道“楼层号”，它能根据对应的变量指向类型，找到对应变量的内存空间。

 

值相同的两个指针所指向的变量的值可以不同?

　　从以上我们可以总结，指针变量指向的是某个内存空间的首地址。值相同的两个指针变量指向的首地址相同，但是如果指针变量的类型不同，指针移动的字节数量不同，就可能读取出不同的数据。因此“值相同的两个指针所指向的变量的值可以不同 ”。即用两个不同类型的指针指向同一个首地址，对应变量的值不同。

　　而要实现不同类型指针变量指向同一个地址，需要使用指针类型强制转换

1     short a = 1;
2     short *p1 = &a;
3     int *p2 = (int *)p1;
4     printf("%d %d",*p1,*p2);

　　　以上例子将一个每次移动读取2字节内存的 short 类型指针变量，转化为一个每次读取4字节内存的int型指针变量。p1，p2从相同的地址开始读取，但是读取不同的位数.

　　　接下来，我们通过指针强制类型转换，用值相同的指针，取出不同变量的值。

　　　

 1 #include <stdio.h>
 2 int main()
 3 {
 4     short c[2];               //等价于申请2个连续的内存空间，每个空间2字节 
 5     c[0] = 1;              　　//为第一个short空间赋值为1 
 6     c[1] = 1;              　　//为第二个short空间赋值为1 
 7     short *p1 = c;            //p1指向c[]首地址 
 8     int *p2 = (int *)p1;      //p2指向c[]首地址，并强制转换类型为 int 
 9 
10     printf("p1指向：%p
p2指向：%p
",p1,p2);      
11     printf("p1取出：%d
p2取出：%d
",*p1,*p2);
12     return 0;
13 }
14         

　　对应结果为：　

　　　　p1指向：000000000062FE30
　　　　p2指向：000000000062FE30
　　　　p1取出：1
　　　　p2取出：65537

　　

　　　　

　　　　根据二进制转换得，10000000000000001 为 65537。由此可验证强制转换前指针读取2字节，转化后4字节。同时也证明值相同的两个指针所指向的变量的值可以不同