【指针之旅1】指来指去的方向牌——指针相关概念和基础语法

1.内存和地址

    假设有一个宿舍楼，把你放在楼里，楼上有许多房间。如果你的朋友要找你，那只能一个一个房间地找，效率会很低，但现实生活中的情况一般是会给每个房间编号，如201、302等，你只需要告诉你的朋友你的房间号，就能快速找到你。

    如果把上面的例子对照到计算机中，又是怎么样呢?

    我们知道计算机上$CPU$（中央处理器）在处理数据时是要从内存中读取的，处理后的数据也会放回内存，在电脑中的内存也是被划分为一个个的内存单元 每个内存单元的大小取一个字节。

计算机中常见的内存单位:
一个比特位可以存一个二进制下的$0$或$1$(相当于宿舍中的一个人)
$8bit$(比特位)$=1byte$(字节)
$1024byte=1KB$
$1024KB=1MB$
$1024MB=1GB$
$1024GB=1TB$
$1024TB=1PB$

    这是一台电脑中的内存空间（通常使用$16$进制表示，0x是十六进制数的前缀）：

地址($16$进制)	内存
$0xFFFFFFFF$	$1$个字节(相当于一个宿舍中的$8$个人)
$0xFFFFFFFE$	$1$个字节
…	…
$0x00000001$	$1$个字节
$0x00000000$	$1$个字节

    地址就像房间号一样，便于我们快速访问某一块内存。注意：内存单元的编号，地址，指针这三个概念是等价的，即$内存单元的编号=地址=指针$。只不过在$C$和$C++$中，习惯把地址叫做指针。

2.指针基础语法

2.1.取址操作符

    想要使用指针变量，我们就先要知道一个数的地址。使用&操作符，就可以方便的获得一个变量的地址。如下：

#include<iostream>
using namespace std;
int main() {
    int a = 10;
    cout << &a; // 输出一个变量的地址
    return 0;
}

    这个程序的输出是不固定的，因为每一个程序分配给不同变量的地址是不一样的。

    有细心的同学肯定发现了，scanf函数也需要使用&操作符。没错，这里的&起到的也是取一个变量的地址的作用。

2.2.指针变量和解引用操作符

    已经知道了一个变量的内存地址，就要将它使用一个变量存起来。这个变量就叫做指针变量。示例如下：

#include<iostream>
using namespace std;
int main(){
    int tmp = 10;
    int* p = &tmp; // p中存储的就是变量tmp的指针
    cout << p <<endl;
    return 0;
}

    指针变量定义的基本格式如下：

指向的变量类型* 指针变量名;

    这个时候，爱思考的同学们可能就会想了：每一个地址不都是一串十六进制的数字吗，不同类型的变量的地址还有大小之分？别急，先往后看。

    想要对指针变量指向的变量进行操作或者访问，就需要用到解引用操作符*（没错，又是*）。示例如下：

#include<iostream>
using namespace std;
int main(){
    int tmp = 10;
    int* p = &tmp; // p中存储的就是变量tmp的指针
    cout << *p << endl; // 相当于cout << tmp << endl;
    *p = 20;
    cout << *p << endl; // 这里输出20
    return 0;
}

2.3.指针±整数和指针类型

    看看这样一段程序：

#include<iostream>
using namespace std;
int main(){
    int n = 0;
    char a = '0';
    int* pi = &n;
	char* pch = &a;
	printf("pch储存的地址是：    %p\n", pch);
	printf("pch+1储存的地址是：  %p\n", pch + 1);
	printf("pi储存的地址是：     %p\n", pi);
	printf("pi+1储存的地址是：   %p\n", pi + 1);
    return 0;
}

    就拿我本地运行得到的结果来说：

    如果你已经学过了$16$进制整数的加减（没学过还不赶快去学！）可以看出来：
pch+1相比于pch向前走了1个地址单元（因为char类型的一个变量占用1个字节）。而pi+1相比于pi向前走了4个地址单元（因为int类型的一个变量占用4个字节）。

    这便是指针加减整数的意义：p+n表示p向前（或后）移动n个此类型的字节大小。（例如：char c, *p = & c;，那么p+1就是向前移动一个字节（char类型的字节大小））

    同时，这也解释了为什么指针变量要分不同的类型：指针变量的类型决定了指针加减整数时的步长（即一步的长度）。

2.4.sizeof关键字

    sizeof关键字是一个可以求出一个类型、变量或数组所占空间大小（单位：字节）的函数。示例如下：

#include<iostream>
using namespace std;
int main(){
    int a,b[10] = {0, 1, 2, 3};
	cout<< sizeof(int) <<endl;
	cout<< sizeof(a) <<endl;
	cout<< sizeof(b) <<endl;
    return 0;
}

    输出：

4
4
40

    注意：通过使用sizeof关键字，可以求出一个数组的大小，示例如下：

#include<iostream>
using namespace std;
int main(){
    int a[] = {0, 1, 2, 3, 4 , 5, 6, 7, 8, 9};
	cout<< sizeof(a) / sizeof(a[0]) <<endl;
    return 0;
}

3.为什么要使用指针

    就像皇帝想要除掉一个人，明面上不好动手，只能派一个人代劳一样。在编写程序中，也有可能会遇到想要操作一片空间，但是无法直接通过变量来操作的情况。这是我们就需要使用指针了。最典型的就是动态开辟空间。

4.后记

    这篇文章记叙的只是指针相关知识的冰山一角，但是已经足够备战竞赛的同学使用了。如果想要知道更多关于指针的用法和特性，敬请期待后续。

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