指针对于C来说太重要 。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 。所以本文尽可能的通过一篇文章完全讲解指针 。
为什么需要指针?
【C语言指针难吗?纸老虎而已,纯干货讲解】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 。当然小伙伴们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 。
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 。
文章插图
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!
指针是什么?
我们知道: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 。
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