指针到底存储了啥？ (C++)

Posted 2023-03-23

【中文标题】指针到底存储了啥？ (C++)

【英文标题】：What exactly do pointers store? (C++)指针到底存储了什么？ (C++)

【发布时间】：2010-11-02 17:34:02

【问题描述】：

我知道指针存储它们所指向的值的地址，但是如果将指针的值直接显示到屏幕上，则会得到一个十六进制数。如果数字正是指针存储的，那么当说

pA = pB; //both are pointers

您正在复制地址。那么在处理ints 和bools 等非常小的项目时，使用指针不会有更大的开销吗？

【问题讨论】：

+1 因为你 14 岁 :)

检查每个对象的大小。找出比指针小的东西。 sizeof(

是的，对于青少年来说确实是非常好的想法！

【参考方案1】：

指针本质上只是一个数字。它将地址存储在数据所在的 RAM 中。指针本身非常小（可能与 32 位架构上的 int 和 64 位架构上的 long 大小相同）。

您是对的，尽管 int * 在使用 ints 时不会节省任何空间。但这不是重点（不是双关语）。指针在那里，因此您可以对事物进行 引用，而不仅仅是使用 事物 本身。

【讨论】：

在 C++ 中有一个明确的参考概念。存在指针的原因是能够管理动态分配的内存，而不是引用。

@dribeas：我不是指 C++ 引用，我指的是理论概念，即拥有一些东西，它只是告诉你在哪里可以找到东西，所以你可以共享数据。

指针也可以节省空间和时间。这就是我们使用写时复制的原因。

【参考方案2】：

内存地址。

这是内存中其他东西所在的位置。

指针通常是处理器的字长，因此它们通常可以在单个指令周期内移动。简而言之，它们很快。

【讨论】：

这对于单个副本是正确的，但是您可以在单个时钟周期内复制多个 bool 或 int（数组中的 8x bool 与复制单个指针相同）。此外，将指针存储在类中会不必要地增大它们的大小并导致分配速度变慢。

【参考方案3】：

正如其他人所说，指针存储的内存地址“只是一个数字”，但这是一种抽象。根据处理器架构，它可能不止一个数字，例如必须添加到的基数和偏移量取消引用指针。在这种情况下，开销比地址为单个数字时略高。

是的，通过指针与直接访问 int 或 bool 存在开销，处理器可以将变量放入寄存器中。指针通常用于间接值超过任何开销的地方，即遍历数组。

我指的是时间开销。不确定 OP 是否更关心空间或时间开销。

【参考方案4】：

数字是指它在内存中的地址。指针的大小通常是计算机体系结构的本机大小，因此与任何其他原始类型相比没有额外的开销。

【讨论】：

在现代机器上，int 通常是 32 位的，而指向变量的点通常是 64 位的。像 char 这样的基本数据类型在 C/C++ 中一直小于指针。因此，OP 的观察是正确的：如果数据类型小于您的指针，请不要尝试使用指针/引用来节省时间或内存。这是一个常见的新手错误。

【参考方案5】：

在某些架构上，指向字符的指针会产生额外的开销，因为该架构仅支持寻址字（32 位或 64 位值）。因此，指向字符的指针被存储为字地址和该字中字符的偏移量。取消引用指针涉及获取单词，然后移动和屏蔽它的值以提取字符。

【参考方案6】：

让我从基础开始。首先，您必须知道什么是变量以及如何使用它们。

变量基本上是内存位置（通常包含一些值），我们使用一些标识符（即变量名）来引用该内存位置并使用该位置存在的值。

为了更好地理解它，假设我们希望内存单元的信息出现在相对于当前变量的某个位置。我们可以使用标识符从附近的单元格中提取信息吗？ 不会。因为标识符（变量名）只会给出该特定单元格中包含的值。

但是，如果我们能以某种方式获得该变量所在的内存地址，那么我们可以轻松移动到附近的位置并使用它们的信息（在运行时）。

这就是指针发挥作用的地方。它们用于存储该变量的位置，以便我们可以在需要时使用其他地址信息。

语法：要存储变量的地址，我们可以简单地使用 & (address-of) 运算符。

foo = &bar 

这里 foo 存储变量 bar 的地址。

现在，如果我们想知道该地址的值怎么办？

为此，我们可以简单地使用 *（取消引用）运算符。

value = *foo

现在我们必须存储变量的地址，我们需要内存的方式与存储变量的方式相同。这意味着指针也像其他变量一样存储在内存中，所以就像变量一样，我们也可以将指针的地址存储到另一个指针中。

【参考方案7】：

内存中的地址。指向某个地方！ :-)

【讨论】：

你没有回答OP的问题，OP在问题中说他已经知道了。

【参考方案8】：

是的，就速度和内存而言，你是对的。

指针几乎总是占用比标准int 更多的字节，尤其是bool 和char 数据类型。在现代机器上，指针通常是 8 个字节，而 char几乎总是只有 1 个字节。

在本例中，从Foo 访问char 和bool 比从Bar 访问需要更多的机器指令：

struct Foo

    char * c; // single character
    bool * b; // single bool
;

struct Bar

    char c;
    bool b;
;

...如果我们决定创建一些数组，那么Foo 的数组大小将大 8 倍 - 并且代码更加分散，因此这意味着您最终将拥有很多更多缓存未命中。

#include <vector>

int main()

    int size = 1000000;
    std::vector<Foo> foo(size);
    std::vector<Bar> bar(size);

    return 0;

正如 dmckee 所指出的，单字节 bool 的单个副本和指针的单个副本一样快：

bool num1, num2,* p1, * p2;
num1 = num2; // this takes one clock cycle
p1 = p2; // this takes another

正如 dmckee 所说，当您使用 64 位架构时确实如此。

但是，ints、bools 和 chars 数组的复制会快得多，因为我们可以将它们的倍数压缩到每个寄存器中：

#include <iostream>

int main ()

    const int n_elements = 100000 * sizeof(int64_t);

    bool A[n_elements];
    bool B[n_elements];

    int64_t * A_fast = (int64_t *) A;
    int64_t * B_fast = (int64_t *) B;

    const int n_quick_elements = n_elements / sizeof(int64_t);

    for (int i = 0; i < 10000; ++i)
        for (int j = 0; j < n_quick_elements; ++j)
            A_fast[j] = B_fast[j];

    return 0;

使用type_traits (is_trivially_copyable) 和std::memcopy，STL 容器和其他优秀的库为我们做这种事情。假装指针总是一样快，会阻碍这些库的优化。

结论：这些示例看起来很明显，但仅当您需要获取/授予对原始对象的访问权限时，才对基本数据类型使用指针/引用。