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[经验] c语言指针详解

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发表于 2021-4-21 14:54:12 | 显示全部楼层 |阅读模式
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前言
这不是我第一次写关于C指针的文章了,只是因为指针对于C来说太重要,而且随着自己编程经历越多,对指针的理解越多,因此有了本文。然而,想要全面理解指针,除了要对C语言有熟练的掌握外,还要有计算机硬件以及操作系统等方方面面的基本知识。所以我想通过一篇文章来尽可能的讲解指针,以对得起这个文章的标题吧。
为什么需要指针?
指针解决了一些编程中基本的问题。

  第一,指针的使用使得不同区域的代码可以轻易的共享内存数据。当然你也可以通过数据的复制达到相同的效果,但是这样往往效率不太好,因为诸如结构体等大型数据,占用的字节数多,复制很消耗性能。但使用指针就可以很好的避免这个问题,因为任何类型的指针占用的字节数都是一样的(根据平台不同,有4字节或者8字节或者其他可能)。
第二,指针使得一些复杂的链接性的数据结构的构建成为可能,比如链表,链式二叉树等等。
第三,有些操作必须使用指针。如操作申请的堆内存。还有:C语言中的一切函数调用中,值传递都是“按值传递”的,如果我们要在函数中修改被传递过来的对象,就必须通过这个对象的指针来完成。
指针是什么?
我们指知道:C语言中的数组是指 一类 类型,数组具体区分为 int 类型数组,double类型数组,char数组 等等。同样指针 这个概念也泛指 一类 数据类型,int指针类型,double指针类型,char指针类型等等。

通常,我们用int类型保存一些整型的数据,如 int num = 97 , 我们也会用char来存储字符: char ch = 'a'。

我们也必须知道:任何程序数据载入内存后,在内存都有他们的地址,这就是指针。而为了保存一个数据在内存中的地址,我们就需要指针变量。

因此:指针是程序数据在内存中的地址,而指针变量是用来保存这些地址的变量。

为什么程序中的数据会有自己的地址?


弄清这个问题我们需要从操作系统的角度去认知内存。
电脑维修师傅眼中的内存是这样的:内存在物理上是由一组DRAM芯片组成的。

1、内存的数据
内存的数据就是变量的值对应的二进制,一切都是二进制。97的二进制是 : 00000000 00000000 00000000 0110000 , 但使用的小端模式存储时,低位数据存放在低地址,所以图中画的时候是倒过来的。

2、内存数据的类型
内存的数据类型决定了这个数据占用的字节数,以及计算机将如何解释这些字节。num的类型是int,因此将被解释为 一个整数。

3、内存数据的名称
内存的名称就是变量名。实质上,内存数据都是以地址来标识的,根本没有内存的名称这个说法,这只是高级语言提供的抽象机制 ,方便我们操作内存数据。而且在C语言中,并不是所有的内存数据都有名称,例如使用malloc申请的堆内存就没有。

4、内存数据的地址
如果一个类型占用的字节数大于1,则其变量的地址就是地址值最小的那个字节的地址。因此num的地址是 0028FF40。 内存的地址用于标识这个内存块。

5、内存数据的生命周期
num是main函数中的局部变量,因此当main函数被启动时,它被分配于栈内存上,当main执行结束时,消亡。

如果一个数据一直占用着他的内存,那么我们就说他是“活着的”,如果他占用的内存被回收了,则这个数据就“消亡了”。C语言中的程序数据会按照他们定义的位置,数据的种类,修饰的关键字等因素,决定他们的生命周期特性。实质上我们程序使用的内存会被逻辑上划分为: 栈区,堆区,静态数据区,方法区。不同的区域的数据有不同的生命周期。

无论以后计算机硬件如何发展,内存容量都是有限的,因此清楚理解程序中每一个程序数据的生命周期是非常重要的。

c语言指针详解.pdf

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