深入理解C语言指针及占据内存空间

时间：2021-03-14 09:48:52|栏目：C代码|点击：次

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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??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：