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内存与地址
内存
内存与地址的关系就与酒店与房间号的关系差不多,我们知道计算机上CPU(中央处理器)在处理数据的时候,需要的数据是在内存中读取的,处理后的数据也会放回内存中,我们买电脑的时候,电脑上内存是8GB/16GB/32GB等,那这些内存空间如何高效的管理呢?
其实也是把内存划分为一个个的内存单元,每个内存单元的大小取1个字节(byte)。
补充:一个比特位可以存储一个2进制的位1或者0
内存编号 == 地址 == 指针
如何理解编址
首先,必须理解,计算机内是有很多的硬件单元,而硬件单元是要互相协同工作的。所谓的协同,至少相互之间要能够进行数据传递。但是硬件与硬件之间是互相独立的,那么如何通信呢?
答案很简单,用"线"连起来。而CPU和内存之间也是有大量的数据交互的,所以,两者必须也用线连起来。
不过,我们今天关心一组线,叫做地址总线。
我们可以简单理解,32位机器有32根地址总线:每根线只有两态,表示0,1【电脉冲有无】,那么一根线,就能表示2种含义,2根线就能表示4种含义,依次类推。32根地址线,就能表示2^32种含义,每一种含义都代表一个地址。地址信息被下达给内存,在内存上,就可以找到该地址对应的数据,将数据在通过数据总线传入CPU内寄存器。
指针变量与地址
取地址操作符(&)
在C语言中创建变量其实就是向内存申请空间。
比如,上述的代码就是创建了整型变量a,内存中申请4个字节,用于存放整数10,其中每个字节都有地址。
那么,我们怎么获得a的地址呢?
这就需要取地址操作符&出场啦!
&a取出的是a所占4个字节中地址较小的字节的地址。
指针变量和解引用操作符
指针变量
我们通过&取出来的地址是一个数值,是需要储存起来的。那么我们该储存在哪里呢?
我们应该储存在指针变量中。指针变量也是一种变量,储存在指针变量中的值被认为是地址。
如何拆解指针类型
例如:
这里pa的类型是int*,那么什么是int*呢?
*说明pa是指针变量,前面的int说明pa指向的是整数类型的对象。
解引用操作符
把地址储存起来后我们要怎么使用呢?
这里我们就需要使用到解引用操作符了。
这里pa是a的地址,而*pa则是通过pa中存储的地址找到指向的空间,也就是a。
指针变量的大小
前面的内容我们了解到,32位机器假设有32根地址总线,每根地址线出来的电信号转换成数字信号后是1或者0,那我们把32根地址线产生的2进制序列当做一个地址,那么一个地址就是32个bit位,需要4个字节才能存储。如果指针变量是用来存放地址的,那么指针变量的大小就得是4个字节的空间才可以。
同理64位机器,假设有64根地址线,一个地址就是64个二进制位组成的二进制序列,存储起来就需要8个字节的空间,指针变量的大小就是8个字节。
结论:
32位平台下地址是32个bit位,指针变量大小是4个字节
64位平台下地址是64个bit位,指针变量大小是8个字节
注意指针变量的大小和类型是无关的,只要指针类型的变量,在相同的平台下,大小都是相同的。
指针变量类型的意义
指针的解引用
结论: 指针的类型决定了,对指针解引用的时候有多大的权限(一次能操作几个字节)。
比如: char* 的指针解引用就只能访问一个字节,而 int* 的指针的解引用就能访问四个字节。
指针 + - 整数
我们可以从上面的代码中看到char*类型的指针变量+1跳过1个字节,int*类型的指针变量+1跳过了4个字节。
结论:指针类型决定了指针向前或向后走一步有多大的距离。
void*指针
指针中有一种特殊的类型是void*类型,可以理解为无具体类型的指针(泛型指针),这种指针可以接受任何类型的地址。但也有其局限性,不能直接进行指针的加减整数运算和解引用的运算。
那么void*指针有什么用呢?
一般 void* 类型的指针是使用在函数参数的部分,用来接收不同类型数据的地址,这样的设计可以
实现泛型编程的效果。使得一个函数来处理多种类型的数据,详见 深入理解指针(4)。
指针运算
指针的基本运算有三种,分别是:
指针+-整数
指针-指针
指针的关系运算
指针+-整数
注:数组名就是数组首元素的地址
指针-指针
1.指针 - 指针的时候,两个指针一定是指向同一块区域的
2.指针 - 指针得的值是两个指针之间的元素个数的绝对值
指针的关系运算