一文带你读懂指针

一文带你读懂指针

在初学学习指针的时候，难免会为其感到困惑，如指针数组、数组指针、指向指针的指针等形容常常让人头晕目眩，感到非常的玄乎

其实只要明白指针的本质，知道它在内存中的存在形式，那么就不会再为各种各样的指针感到困惑

指针的本质就是一个变量，其存放着指对象的地址

要搞清楚这些问题，首先需要对内存有所了解

一、内存长什么样？

我们的程序还有变量都存放在内存中，那么内存是长什么样的呢？

这里我用比较形象的比喻来说明，在32bit的CPU中，可以把内存想象成一栋大楼，每一层楼都有四个房间，每个房间都有一个门牌号，门牌号从左往右，从下到上依次递增，如下所示

上述中描述的对象对应到内存中如下

大楼指的是整块内存

房间指的是存储单元，每个存储单元存储一个字节（8bit）

门牌号指的是存储单元的地址，每个存储单元都有自己的一个地址，相邻两个存储单元地址相差1

为了后面讲解方便，后面我会将这幅图画为如下

前面的数表示这一层第一个存储单元的地址（十六进制表示），后面存储单元地址依次递增

二、变量在内存中的存储形式

在搞清楚内存长什么样子之后，我们再来看看变量在内存中存在形式

首先我们看一下char型变量是怎么存储的

我们知道char是占用一个字节，那么会在内存中，它将占用一个存储单元，如下所示

可以看到char在编号为0x00000001的存储单元，所以这个变量的地址为0x00000001

下面在来看看int形变量是怎么存储的

在32bit的CPU中，int类型的变量占用四个字节，所以它需要4个存储单元，另外其总是存储在4字节对齐的地址起始处，所以它在内存的存储形式如下

从图中可以看到，这个变量的起始存储单元编号为0x00000004，所以它的地址为0x00000004

在搞清楚变量在内存中的存储形式后，我们再来躺一躺指针在内存中的存储形式

三、指针在内存中的存储形式

为什么在学习指针在内存中的存储形式前，要先搞清楚变量呢？

因为指针的本质就是一个变量，你无需把它想象地有多么地玄乎，它就是一个变量，只是这个变量存储是其指向对象的地址

我们来看一看char*和int*在内存中有什么区别？

答案是没有区别，在32bit的CPU中，任何指针都是4个字节大小（占用4个存储单元），不管你是char*、int*或者是double*，它们统统是4个字节大小，这也就意味着它们在内存中都是占用4个存储单元，所以它们在内存中的存在形式没有区别，如下图所示

上图中，变量中的指都为0，也就意味着指针想在指向空

那么char*和int*的究竟有什么区别呢？

答案是编译器对它们的解释不同

编译器对char*变量的解释是，这个指针指向一个char形变量，也就是它所占用的存储单元存放的是一个char形变量的地址

编译器对int*变量的解释是，这个指针指向一个int形变量，也就是它所占用的存储单元存放的是一个int形变量的地址

在搞清楚指针在内存中的存储形式后，我们再来看一看所谓的指向xxx的指针究竟是怎么一回事

3.1 指向普通变量的指针

首先来看一个指向int型变量的指针

int a=1;
int* p = &a;

假设a的地址为0x00000004，p的地址为0x00000008，那么它们在内存中的存在形式如下所示

从图中可以看到，变量a的地址为0x00000004，其值为1，指针p的地址为0x00000008，其值为0x00000004，也就意味着它指向了a变量，这也就是所谓的指向int变量的指针在内存中的存在形式

指向char形变量的指针对应如下

char a = 1;
char* p = &a;

假设a的地址为0x00000005，p的地址为0x00000008，那么它们在内存中的存在形式如下所示

3.2 指向数组的指针

首先看数组在内存中的形式，数组是一块连续的内存，下面来看一看这个数组在内存中的表现形式

int array[3];

执行array表示第一个元素的地址

现在我们定义一个指向数组的指针

int array[3];
int* p = array;

其在内存中的形式如下

可以看到，它也仅仅是存储了数组首元素的地址，并没有什么特别

3.3 指针数组

所谓的指针数组是什么呢？

指针数组是一个数组，但是每个元素都是一个指针变量，如下定义

int* parray[3];

其在内存的表现形式如下

可以看到，每一个存储单元都可以存放一个int类型变量的地址

3.4 指向指针的指针

所谓指向指针的指针，意思是该指针里面存放的是另一个指针的地址

下面定义中，a是一个int型变量，p1是一个指向int型的指针，其指向a，p2是一个指向int型指针的指针，其指向p1

int a = 1;
int* p1 = &a;
int** p2 = &p1;

它们在内存中的形式如下

四、指针取值

在学习了指针在内存中的存储形式之后，你可能会好奇，在int*的指针和char*的指针取值的时候，是如何准确地操作到相应地存储单元呢？毕竟int为4个节点，char为1个节点

先看一下下面这段代码

char a = 1;
char* p = &a;

假设a的地址为0x00000005，p的地址为0x00000008，那么它们在内存中的存在形式如下所示

对于以下取值的代码，是如何进行的呢？

*p = 5;

编译器知道p是指向char类型的指针，而char占一个字节，所以在进行*p取值的时候，编译器会解释为，0x00000005存放着一个char型变量，其大小为1字节，所以只会操作到0x00000005处一个存储单元，然后对其按char型变量处理

同理对于int类型，其大小是4个字节，所以对于int型指针取值，会读取其所指地址处4个存储单元，然后按int型变量处理

到这里想必你对指针有了新的理解，本文到此也就结束了。