深入理解C语言指针及占据内存空间

2019/04/10 10:10
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第一、了解内存空间

本文章文字有点多,会有点枯燥,配合图文一起看可以缓解枯燥,耐心阅读哦!!!

先了解内存地址,才更好的理解指针!

我们可以把内存想象为成一列很长很长的货运火车,有很多大小相同的车厢,而每个车厢正好相当于在内存中表示一个字节。这些车厢装着不同的货物,就像我们的内存要存着各式各样的数据。

多啰嗦一下

我们平时在电脑上能够听音乐、看视频和文章,其实看到的这些东西就是内存中每个“车厢”里面的数据,这些数据最终还是由二进制0/1演变而成。

虽然视频、文章、音乐等这些信息在我们眼里是不同的,但对于计算机来说它们在内存中都是以二进制的形式来表示。

因为我们要知道去哪存或取数据,所以内存中每个字节都有对应的编号,就像火车上的车厢编号一样。而这个内存中每个字节的编号就是我们常说的内存地址,是按一个字节接着一个字节的次序进行编址。如下图所示:

凡事多问几个为什么?

1. 为什么内存地址都有0x开头?

0x 开头代表以十六进制来表示的意思。

2. 为什么我们平时看到内存地址是这样的呢?如图:

因为内存容量很大,容量大字节数自然也多了,所以需要更多位来编址内存地址。上图的(0x00 ...)内存地址这里只是便于理解!

3. 为什么我那么菜呢?

哈哈哈......你心里没点*数吗?

关于内存字节

  • 1个内存地址只存1个字节 (Byte);
  • 1个字节等于8位二进制,每一位二进制的0或1,叫“比特”(bit);
  • 比特是最小单位,字节是比特的集合,也是一个单位;

内存给数据类型地址分配如下:

  • char:占一个字节分配一个地址;
  • int: 占四个字节分配四个地址;
  • 还有long、float、double等类型,等着你来动手测试。

可以使用sizeof进行验证:

#include<stdio.h>
int main () {
    printf("sizeof(char)=%u\n",sizeof(char));
    printf("sizeof(int)=%u\n",sizeof(int));
return 0;
}

 结果如下:

第二、理解指针

不要把指针想得太复杂,指针的实质就是内存“地址”,可以说指针就是地址,其实指针就是保存地址的变量。

拿普通变量跟指针变量做比较:

char a;     // 定义一个变量a,用于保存char类型的数据;
char *b;    // 定义一个指针变量b,用于保存一个内存地址,这个内存地址上的数据必须是char类型的。

举个例子,给指针变量进行赋值:

#include<stdio.h>
int main () {
    char a = 5;        // char 类型占一个字节; 
    char *b = &a;    // “&”是取变量的地址,取出a在内存中的地址;
                    // 赋值给b指针,此时b变量存储的就是a地址。
    printf("我是a变量的值:%d\n",*b);        // *b表示输出b里面存储的地址上的数据; 
    // 证明b上存储的是a的地址;
    printf("我是a的地址:%p\n",&a);
    printf("我是b变量的值:%p\n",b);
return 0;
}

输出结果为:

我是a变量的值:5
我是a的地址:000000000062FE17
我是b变量的值:000000000062FE17

通过画图来理解:

通过指针间接性修改变量的值

char a = 5;    
char *b = &a;
printf("初始值:a=%d,*b=%d\n",a,*b);
*b = 12;    // 其实操作的就是变量a本身的值;
printf("修改后:a=%d,*b=%d\n",a,*b);
------------------------------------------
输出结果为:
初始值:a=5,*b=5
修改后:a=12,*b=12

指针类型的概念

我们知道char类型的数据只占一个字节,有很多类型是需要多个字节来存储的,像int类型的数据就需要四个字节来存储(根据平台不同,长度也有可能不一致)。

对于int类型的指针从当前字节(地址)开始共四个字节(地址)都是属于该变量的值, 而对于char类型则只表示当前字节(地址)。代码如下:

int a = 259;
int * p1 = &a;
char * p2 = (char *)&a; // 这里需要强制转换一下类型
printf("*p1=%d,*p2=%d\n",*p1,*p2);
-----------------------
输出:*p1=259,*p2=3

通过画图来便于理解:

通过上文我们已经对int类型指针有所了解了,*p1的输出是在我们预算范围之内的,但是为什么*p2输出的值是3呢?

重点,敲黑板!!!

因为计算机是使用二进制来表示数字的,上面(259)十进制转换二进制是 [100000011],由于一个int类型变量占用四个字节,8位二进制为一个字节,补齐高位的0后,则 [00000000 00000000 00000001 00000011],每8位二进制(一个字节)换算为十进制,则 [0  0  1  3]。

此时你应该差不多明白*p2为什么输出的值为3了吧,但是内存地址中有个概念叫"大小端模式",就会有两种不同的排序:[0  0  1  3] or [3  1  0  0]。

由于计算机读取*p2的地址是0x00,所以直接输出这个地址上的数据,你也可以试着改一下,把259换成258/257等,看看是否正如所说。

验证它们存储地址,代码如下:

int a = 259;
int * p1 = &a;
char * p2 = (char *)&a;
printf("*p1=%d,*p2=%d\n",*p1,*p2);
printf("&a=0x%p\n",&a);
printf("p1=0x%p\n",p1);
printf("p2=0x%p\n",p2);

输出结果正如我们预想的:

当你看到这里的时候,你只是刚刚认识指针而已,以上是我们俗称的一级指针,一级指针是比较简单的,还有二级指针和多级指针,更绕、更难理解,接下来介绍一下二级指针。

在讲二级指针前,我们是否有疑问:什么是一级指针?什么是二级指针呢?两者有什么区别呢?

  • 一级指针存储变量的地址,通过这个地址"直接获取"变量的数据。
  • 二级指针存储一级指针的地址,二级指针通过一级指针"间接获取"获取变量的数据。
  • 多级指针以此类推,个人理解,讲的不对欢迎指正。

再坚持一下,精彩在"下面"!!![/滑稽]

二级指针

“指针的指针”也就是我们俗称的二级指针。

什么是“指针的指针”,例如下面代码:

char a = 5;    
char * p1 = &a;
char ** p2= &p1;
printf("*p=%d,**p2=%d\n",*p1,**p2);   // 输出:*p1=5,**p2=5

通过画图来理解:

多级指针也就是指针的指针的指针.....,以此类推即可。

第三、指针运算问题

指针运算是根据指针的类型不同而进行运算的,因类型的不同,在加1/减1操作时,内存分配的空间也不同。

又拿int类型和char类型来作比较,代码如下:

char类型+1:从输出结果可以看出地址是递增1的,正符合char类型占一个字节的说法。

char c = 'h';
char *a = &c;
for (int i=0;i<3;i++){
    printf("a+1=0x%p\n",a + i);
}
--------------------------------
输出结果:
a+1=0x000000000062FE0F
a+1=0x000000000062FE10
a+1=0x000000000062FE11

int类型+1:输出的地址之间相差为4,正是int类型占据空间。

int c = 259;
int *a = &c;
for (int i=0;i<3;i++){
    printf("a+1=0x%p\n",a + i);
}
--------------------------------
输出结果:
a+1=0x000000000062FE0C
a+1=0x000000000062FE10
a+1=0x000000000062FE14

char类型和int类型分别+1在内存中地址分配,如图:

指针就介绍到这里,这只是指针的基础,还有数组指针、指针数组、null指针、void指针等等知识,还需要学习,后续继续更新。

以上有不恰当或者讲得不对的地方,希望各位留言指正,谢谢!

站在巨人的肩膀上!

原文出处:https://www.cnblogs.com/l-hh/p/12288613.html

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