底层解析C指针

Posted 2020-11-23 listenscience

上一篇主要讨论了C指针的本质，但并没有解释指针的类型问题，这次我们重点来讨论指针的类型与指针内存分配之间的关系。

对比以下两个指针

int *p;

char *p;

单纯从上面看这两个指针有何区别？

很多读者第一反应就是其类型不同，确实没错，但是我们现在需要从底层出发，搞清楚指针类型的意义。

其实单纯从上面来看，两个指针是没有任何区别的，其内存的大小完全相同。

但是由于指针有++和--操作，导致指针的偏移量大小到底多大，这个就需要由类型决定。因此类型仅仅只决定指针移动时偏移的大小。

下面我们来彻底分析指针这个问题。

从程序员开始写int *p这句时，计算机仅仅为p分配了一个四字节的内存地址（假设编译器为32位），而这个内存地址中存储的数据是多少并不知道，由于其数据可能是一个随机数，因此我们强行访问p时会得到一些随机的数字，这又一步说明了指针为啥需要进行初始化，但是，我们如果查看&p时，我们可以看到这是合法的，因为我们查看的是p的地址，即计算机为p分配的一个内存地址，如图所示：

 

 

 这个可能比较好理解，硬核的东西来了！！！

我们现在开始深入，看如下：（下面代码摘自作者写的嵌入式操作系统）

typedef struct PCB_STRUCT
{
    struct PCB_STRUCT *TCBPrev;       //前趋指针
    struct PCB_STRUCT *TCBNext;       //后继指针

    UINT32             TCBDlyCount;   //延时计数器
    UINT8              TCBState;      //任务状态       255为头部   254尾部    0表示阻塞态，1表示就绪态，2表示挂起态

    INT8              *TCBName;       //任务名
    FUN                TCBTask;       //任务函数指针
    UINT8             *TCBStack;      //人工堆栈
    UINT8              TCBPrio;       //任务优先级
    pTCB              *TCBHandler;    //任务句柄  也叫任务ID   

    UINT16             TCB_SP;        //任务当前的SP指针 
}pTCB;

现在我们定义

pTCB *RdyTab[33];        //就绪查找表   0为空闲任务

我们现在思考：

RdyTab[33]的内存分配结构？

部分读者会有第一反应就是内存结构当然是33个结构体的大小。如下：

 

 

 其实上面是错误的

因为之前说过，即使是结构体指针数组，其数组的元素本质上仍是指针，因此，其大小也只是一个四字节的地址单元，因此，其正确的结构如下：

 

 

 那有人会有疑惑，为啥

RdyTab[i]->TCBPrev等等，这些为什么存在呢？
其实这个并不存在，这里单纯指RdyTab[i]的内存单元中，而我们需要使用RdyTab[i]->TCBPrev等等
时，必须先初始化RdyTab[i]的值，而这个RdyTab[i]->TCBPrev就是指初始化时指向内存的首地址
偏移位置，这个工作是由编译器完成的，如下图所示

显然当我们使用RdyTab[i]->TCBPrev时，其地址就是分配的结构体所在的地址，而不是指针数组的地址。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

typedef struct PCB_STRUCT

{

    struct PCB_STRUCT *TCBPrev;       //前趋指针

    struct PCB_STRUCT *TCBNext;       //后继指针

    UINT32             TCBDlyCount;   //延时计数器

    UINT8              TCBState;      //任务状态       255为头部   254尾部    0表示阻塞态，1表示就绪态，2表示挂起态

    INT8              *TCBName;       //任务名

    FUN                TCBTask;       //任务函数指针

    UINT8             *TCBStack;      //人工堆栈

    UINT8              TCBPrio;       //任务优先级

    pTCB              *TCBHandler;    //任务句柄  也叫任务ID   

    UINT16             TCB_SP;        //任务当前的SP指针 

}pTCB;