深入理解C语言中的指针与数组之指针篇

前言

其实很早就想要写一篇关于指针和数组的文章,毕竟可以认为这是C语言的根本所在。相信,任意一家公司如果想要考察一个人对C语言的理解,指针和数组绝对是必考的一部分。

但是之前一方面之前一直在忙各种事情,一直没有时间静下心来写这些东西,毕竟这确实是一件非常耗费时间和精力的事情;一方面,个人对C语言的掌握和理解也还有限,怕写出来的东西会对大家造成误导。当然,今天写的这些东西也肯定存在各种问题,不严谨甚至错误的地方肯定有,也希望大家来共同探讨,相互改进。

我会慢慢的写完这几章,有想法的童鞋可以和我探讨。

指针预备知识

在深入理解指针之前,我认为有必要先复习或者学习一下计算机原理的基础知识。

计算机是如何从内存中进行取指的?

计算机的总线可以分为3种:数据总线,地址总线和控制总线。这里不对控制总线进行描述。数据总线用于进行数据信息传送。数据总线的位数一般与CPU的字长一致。一般而言,数据总线的位数跟当前机器int值的长度相等。例如在16位机器上,int的长度是16bit,32位机器则是32bit。这个计算机一条指令最多能够读取或者存取的数据长度。大于这个值,计算机将进行多次访问。这也就是我们说的64位机器进行64位数据运算的效率比32位要高的原因,因为32位机要进行两次取指和运行,而64位机却只需要一次!

地址总线专门用于寻址,CPU通过该地址进行数据的访问,然后把处于该地址处的数据通过数据总线进行传送,传送的长度就是数据总线的位数。地址总线的位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小,比如CPU总线长32位,其最大的直接寻址空间长232KB,也就是4G。这也就是我们常说的32位CPU最大支持的内存上限为4G(当然,实际上支持不到这个值,因为一部分寻址空间会被映射到外部的一些IO设备和虚拟内存上。现在通过一些新的技术,可以使32位机支持4G以上内存,但这个不在这里的讨论范围内)。

一般而言,计算机的地址总线和数据总线的宽度是一样的,我们说32位的CPU,数据总线和地址总线的宽度都是32位。

计算机访问某个数据的时候,首先要通过地址总线传送数据存储或者读取的位置,然后在通过数据总线传送需要存储或者读取的数据。一般地,int整型的位数等于数据总线的宽度,指针的位数等于地址总线的宽度。

计算机的基本访问单元

学过C语言的人都知道,C语言的基本数据类型中,就属char的位数最小,是8位。我们可以认为计算机以8位,即1个字节为基本访问单元。小于一个字节的数据,必须通过位操作来进行访问。

内存访问方式

如图1所示,计算机在进行数据访问的时候,是以字节为基本单元进行访问的,所以可以认为,计算每次都是从第p个字节开始访问的。访问的长度将由编译器根据实际类型进行计算,这在后面将会进行讲述。

图1 内存访问方式

想要了解更多,就去翻阅计算机组成原理和编译原理吧。

sizeof关键字

sizeof关键字是编译器用来计算某些类型的数据的长度的,以字节为基本单位。例如:

sizeof(char)=1;

sizeof(int)=4;

sizeof(Type)的值是在编译的时候就计算出来了的,可以认为这是一个常量!

什么是指针

指针其实就是数据存放的地址,图1中的p就是一个指针。在图1中,n一般是CPU的位数,32位机上,n=32。因为指针需要能够指向内存中的任意一个位置,因此,指针的长度应该是n位的,32位机器上指针长度就是32位。这和整型的长度是相等的!

在我个人的理解中,可以将指针理解成int整型,只不过它存放的数据是内存地址,而不是普通数据,我们通过这个地址值进行数据的访问,假设它的是p,意思就是该数据存放位置为内存的第p个字节。

当然,我们不能像对int类型的数据那样进行各种加减乘除操作,这是编译器不允许的,因为这样错是非常危险的!

图2就是对指针的描述,指针的值是数据存放地址,因此,我们说,指针指向数据的存放位置。

图2 指针

指针的长度

我们使用这样的方式来定义一个指针:

Type *p;

我们说p是指向type类型的指针,type可以是任意类型,除了可以是char,short, int, long等基本类型外,还可以是指针类型,例如int *, int **, 或者更多级的指针,也可是是结构体,类或者函数等。于是,我们说:

int * 是指向int类型的指针;

int **,也即(int *) *,是指向int *类型的指针,也就是指向指针的指针;

int ***,也即(int **) *,是指向int**类型的指针,也就是指向指针的指针的指针;

…我想你应该懂了

struct xxx *,是指向struct xxx类型的指针;

今天不想走,明天就要跑了。

深入理解C语言中的指针与数组之指针篇

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