本文來自微信眾號：低并發(fā)程 （ID：dibingfa），作者：閃原文標(biāo)題：《管這破玩意叫針？》本系列三篇，用破玩的方式徹底理好指針的本質(zhì)你管這破玩意指針 -- 基礎(chǔ)篇你管這破意叫指針 -- 進(jìn)階篇你管這破玩意叫指針 -- 變態(tài)篇話不多說，開始內(nèi)存，通常被謹(jǐn)?shù)禺嫵上旅?個樣子，一個方是低地址上是高地址的格樓。但我今天種畫法，畫成面這個樣子。個格子代表內(nèi)中的 1 個字節(jié)（8 位），格子上的數(shù)字代表內(nèi)存地址我也直接用 10 進(jìn)制來表示了，免得 16 進(jìn)制又算不明白了。目前內(nèi)是完全空的，子里沒有任何容。試想一下如果你忘掉所的語法規(guī)則和程規(guī)范，你會何描述對這些存格子的操作？一、類型系很簡單，往格 3 處放個數(shù)字 29，往格子 6 處放個數(shù)字 38，就這么簡單直接描述即可。但這樣說話太麻了，什么往格 3 處放個數(shù)字 29 的，廢話太多，也方便不講感情計算機(jī)去理解那我們就定個令，使用 mov $x, (y) 表示把數(shù)字 x 放入格子 y，如下：mov?,?(3)mov?,?(6)這就表示剛剛說的：把字?29?放入內(nèi)存格子?3把數(shù)字?38?放入內(nèi)存格子?6是不是太簡單？別急，好戲上開始！如果把數(shù)字 999 放入內(nèi)存格子 8，該怎么辦呢？由于 1 個格子表示 1 個字節(jié)，只有 8 位，因此只能表示 256 個數(shù)字，要么是有符號的 -128 ~ 127，要么是無符號的 0 ~255，顯然數(shù)字 999 無法放在 1 個格子內(nèi)，只占用 2 個格子了。那也好，就這么說，數(shù)字 999 放入格子 8，連續(xù)占用兩個子。但這樣，們剛剛的 mov 指令就得改改了，不但要示 "存放" 這個含義，還表示占用了多個格子。我們 movb 表示只占 1 個字節(jié)，用 movw 表示占用 2 個字節(jié)。那么，剛剛的個數(shù)字，就分可以這樣用指來表示了：movb?,?(3)movb?,?(6)movw?9,?(8)含義就是：把數(shù)字?29?放入內(nèi)存格?3，占?1?字節(jié)把數(shù)字?38?放入內(nèi)存格子?6，占?1?字節(jié)把數(shù)?999?放入內(nèi)存格子?8，占?2?個字節(jié)OK，既然有了 1 字節(jié)和 2 字節(jié)的的指令，不妨再設(shè)計，用 movl 表示 4 字節(jié)，movq 表示 8 字節(jié) ...movb?占用?1?字節(jié)movw?占用?2?字節(jié)movl?占用?4?字節(jié)movq?占用?8?字節(jié)不知不，類型系統(tǒng)就你悄悄設(shè)計出了！當(dāng)然，雖這只是個半成。二、變量你斷地往不同格里放數(shù)據(jù)。比我把我的年齡在 11 號格子（占 1 字節(jié)），把我的薪放在 14 號格子（占 4 字節(jié)）?，F(xiàn)在我們的內(nèi)存已非?；靵y了，根本記不住原的 3 號格子放的數(shù)據(jù)表示么，11 號格子又表示什么只能通過看數(shù)知道 14 號格子里放的確是我的月薪。該怎么辦呢？加一層抽象嘛我們給這些放我們數(shù)據(jù)的格，都貼上個標(biāo)，就可以不用記那些無意義格子編號了。樣以來，其實(shí)們也不再關(guān)心這些標(biāo)簽到底哪個格子里，要給我找到格把我的數(shù)據(jù)放去就可以了。movb?,?amovb?,?bmovw?9,?cmovb?,?agemovl?47483647,?salary當(dāng)然，我還需再通過這個標(biāo)，把我剛剛放去的數(shù)據(jù)找出。這很簡單，存在一個問題放進(jìn)去的時候我們可以通過 movb，movw，movl 等知道占用多少個格子。而出來的時候，簽上可沒有寫個數(shù)據(jù)占用了少個格子，這有問題的。因，在定義這個簽時，不能光個名字，還需有個信息就是這個標(biāo)簽對應(yīng)數(shù)據(jù)，占了多個格子。我們效仿剛剛的存操作，也規(guī)定系列單詞，來飾這些標(biāo)簽，示占用了多少格子。char 表示 1 個字節(jié)，short 表示 2 個字節(jié)，int 表示 4 個字節(jié)，long 表示 8 個字節(jié) ...于是乎剛剛的 5 個數(shù)據(jù)，就可以表示為如下令：char?a?=?29;char?b?=?38;short?c?=?999;char?age?=?18;int?salary?=?2147483647;行了，我也別藏著掖著了，信大家也知道這里就是 C 語言的寫法，剛剛那堆 mov 是匯編語言的寫法。這些 char a，char b，int salary 等，就是變量！記住變量不但要有字，還得有類！三、變量定與賦值其實(shí)，剛的寫法，是變量的定義與值操作寫在一了。比如有如語句：int?a?=?1;實(shí)際上是分成兩的：//?變量的定義int?a;//?變量的賦值（此處可以叫變量的始化）a?=?1;其中變量的定義是為了方程序員后面去它，這部分不給 CPU 看的。而變量的值才是真正在存中把數(shù)據(jù)放去，這部分才正涉及 CPU 具體指令的執(zhí)行。也就是說如果你僅僅定了一個變量 int a; 但是沒有給它初化的賦值操作那么最終在 CPU 執(zhí)行指令的時候，這個義根本就沒有何體現(xiàn)。四、針現(xiàn)在，讓我把內(nèi)存清空，到一開始的那片凈土上。我來搞點(diǎn)花樣。將我的密碼（1234）存儲在一個 short a 中，假設(shè)這個變量 a 被放在了 6 號格子處。同時，我將這個量 a 的地址，也就是 6 這個數(shù)字，存在另一個變量 int p 中，假設(shè)這個變 p 被放在了 1 號格子處。這樣，我尋我密碼的方式就是先通過 p 所在的內(nèi)存地址找到里面存值，也就是 a 的內(nèi)存地址 6，再通過 a 的內(nèi)存地址找到里面存的值也就是我要找密碼 1234。我們可以用面的代碼來表剛剛的存放邏。short?a?=?1234;//?假設(shè)?a?被放在了?6?號格子處int?p?=?6;這里的 p 和 a 都是變量，只不，p 這個變量有點(diǎn)特殊，它面存放的值是個內(nèi)存地址，們把 p 這個變量形象地成指針變量，簡指針。不過，樣有幾個問題我一個個來說1. 取地址首先，我們在編階段，無法知也無需知道變 a 會存放在哪里，不然就去了標(biāo)簽的含，又回到了需關(guān)心具體的內(nèi)地址（也就是子編號）的時了。所以，我應(yīng)該有個方法來在編碼階段示變量 a 的地址的含義，且就叫做 &a 吧。那么我們的代碼，就可優(yōu)化為：short?a?=?1234;//?假設(shè)?a?的地址是?6//?那么下面?p?就等于?6int?p?=?&a;用圖來表示就是：2. 指針變量本身的大小視角放這個變量 p 身上，雖然本上這個變量 p 里面存放的就是一個數(shù)值，設(shè)是 6，但是它卻表示了一內(nèi)存地址的值如果讓程序員便規(guī)定這個變 p 的數(shù)據(jù)類型（也就是占少個字節(jié)），顯然容易出問。比如內(nèi)存地是 999，那么我用一個 char 類型的變量 p 來存放它，就會有題。我們在編階段是無法確一個變量的內(nèi)地址是多少的所以用什么類的變量來存放，也是無法判的。所以，最妥的辦法就是用一個完全能納所有內(nèi)存地范圍的變量類來存放指針變。我們姑且認(rèn)我們是在一個 32 位的系統(tǒng)上，那么用一 4 字節(jié)大小的變量來存放就可以了。（然，實(shí)際上這決于你的編譯的位數(shù)）現(xiàn)在我們的指針變所占用的內(nèi)存小，就是固定 4 個字節(jié)，也就是 4 個格子。程序員需也無法修改個大小，那么們就可以把 p 前面的數(shù)據(jù)類型去掉了。short?a?=?1234;p?=?&a;3. 指針變量的類型剛剛我們決了指針變量身所占用的內(nèi)大小，但是還一個問題沒有決，就是指針量里存放的內(nèi)地址處的變量大小。也就是，上面的指針量 p 里雖然存放了變量 a 的內(nèi)存地址 6，但是指針變量 p 卻沒有任何信息，來明內(nèi)存地址 6 處的變量，它的大小是多少假如，我們認(rèn)內(nèi)存地址 6 處的變量是個 char 類型，也就是只占了一個字節(jié)，么顯然，會取一個不符合預(yù)的值。當(dāng)然，果認(rèn)為 6 處的變量是個 int 類型，占 4 個字節(jié)，雖然數(shù)值上可沒有問題，但某種程度上講是不太符合預(yù)的（假如 8 號和 9 號格子里有其他內(nèi)，那就更不符預(yù)期了）。所，必須得完全照變量本身的型，也就是 short 類型來讀取此內(nèi)存址處的值，才正確的。那我應(yīng)該如何表示個信息呢？即何表示，變量 p 是一個指針，且這個指針面存放的內(nèi)存址處的變量的型是 short。很好辦，直接說答案吧。short?a?=?1234;short?*?p?=?&a;p 前面的 * 表示變量 p 是一個指針類型，再前面 short 表示該指針指的內(nèi)存地址處變量，是個 short 類型的變量。當(dāng)然更準(zhǔn)確的說法，指針 p 將會按照 short 類型的變量來讀取它指的內(nèi)存，至于里到底是什么無所謂。注意，這個 short 并不是表示指針變量本的大小占 2 個字節(jié)，指針量本身我們前說過了，就是定的 4 字節(jié)大小。不過總這樣說太繞口，今后我們就，變量 p 是個 short * 類型的指針，就可以了用上面的圖形地說就是，右變量 a 藍(lán)色的填充，表示 a 是個 short 類型，而外面的虛線框，表示指針 p 按照 short 類型的變量來 "解讀" 內(nèi)存地址 6 處的數(shù)值。兩者相匹配了就是 "正確" 的編程代碼了。當(dāng)然，這里 "正確"，是說給程序員聽，CPU 才不關(guān)心。4. 指針?biāo)赶虻闹?面我們已經(jīng)可獲得某個變量地址，比如獲 a 的地址就是：&a同時我們也可以定義個指針變量，如定義一個 short * 類型的指針變 p：short?*?p;并且，我們通過接賦值操作，以給指針變量行初始化：p?=?&a;當(dāng)然，上面的代碼可以連起來寫即指針變量 p 的定義與初始化寫在同一行short?*?p?=?&a;不過，我們還沒有一個方法來表示指針變 p 所指向的那塊內(nèi)存。那們就發(fā)明一個比如想把 p 所指向的那塊存的值改為 999，可以這樣寫。*p?=?999;這里的 * 就表示 "指向" 的含義，即 *p 不是說 p 這個變量的內(nèi)存址，而是把 p 這個變量里存的內(nèi)容當(dāng)做內(nèi)地址來看，指這個內(nèi)存地址用圖表示就是所以連起來一完整的程序就：short?a?=?1234;//?指針的定義short?*?p;//?指針的初始化，也即指針量本身的值p?=?&a;//?指針變量所向的內(nèi)存地址值*p?=?999;執(zhí)行過后，a 的值會變成 999，或者說 6 號格子與 7 號格子里的值會變 999。5. 指針的加減如果對一個普通量 +1，比如說：int?a?=?1;int?b?=?a?+?1;那顯然，b 的值應(yīng)該是 2，毫無疑問。但是如對一個指針變 +1，會怎么樣呢？int?a?=?1;int?*p?=?&a;int?*p2?=?p?+?1;我們假設(shè)變量 a 放在了格子 1 處。變量 a 的值是什么，以及變量 p 被放在了哪里，我們都不關(guān)，就只盯著 p 的值看，顯然，一開始的時是 1。（為方便演示，下面圖直接表示 p 所指向的內(nèi)存地址，而不是 p 本身所在的內(nèi)存地址）我先不考慮，p + 1 應(yīng)該是幾，如果讓你設(shè)計這個語言你覺得 p + 1 是幾比較好呢？我認(rèn)為只有兩種較為理的設(shè)計。第種，p + 1 就等于 2，就簡簡單單當(dāng)數(shù)值進(jìn)行加法算而已。第二，p + 1 等于 5，即跨過一個 p 所指向的內(nèi)存單的數(shù)據(jù)類型的小，也就是 4 字節(jié)的 int。你覺得那種比較合理呢？顯然是第二種！不然和普通量有啥區(qū)別了你既然設(shè)計出指針變量這個意，就需要讓發(fā)揮點(diǎn)方便程員的作用，這是你設(shè)計它的正目的。當(dāng)然不服，你就想這個 int * 類型的指針變量，就真真正在數(shù)值上只 +1，也就是讓 p 等于 2，該怎么辦呢很簡單，分成步就好了：第步，把 int * 類型的 p 強(qiáng)轉(zhuǎn)為 char * 類型的 p。第二步，p + 1。第三步，再 char * 類型的 p 強(qiáng)轉(zhuǎn)為 int * 類型。完事！用代碼表就是：p?=?(int?*)((char?*)p?+?1);你會看到，C 語言項(xiàng)目中經(jīng)常使用這樣玩法。當(dāng)然，這一頓花里胡的操作，在 CPU 眼里，就是對一個內(nèi)存址處的值簡簡單地 +1 而已。五、指針本質(zhì)我們看上的一張圖：其，別看上面又 short * p 又 short a 的，這是給程序和編譯器看的在 CPU 眼里，根本沒有些眼花繚亂的簽，以及五花門的解讀，就 0 ~ 4 號格子里存了數(shù)字 6，然后 6 ~ 7 號格子里存了數(shù)字 1234，僅此而已。進(jìn)一步講，其就只是 1 號格子里存儲了字 6（234 號格子是空的），6 號格子里存儲了數(shù)字 12，7 號格子里存儲了數(shù) 34。（當(dāng)然實(shí)際得轉(zhuǎn)換成進(jìn)制，再結(jié)合端序還是小端來看哈，我這就是簡單直觀訴大家 CPU 才不管那么多，就一個格子個格子的放數(shù)就完事了）所，我們經(jīng)常聽上講，讓大家定要記住，指變量中只能存地址，不要將個整數(shù)或任何他非地址類型數(shù)據(jù)賦給一個針變量了。這說法就非常別，很多書上，想講清楚指針本質(zhì)，又想講楚指針的注意項(xiàng)，混雜在一，讓讀者即沒搞清楚指針的質(zhì)，又不知道針的注意事項(xiàng)真糾結(jié)！說實(shí)，就光看書而有經(jīng)過大量 C 語言的實(shí)踐，誰能記得住或理解透徹那些意事項(xiàng)。而經(jīng)大量 C 語言實(shí)踐的人，指早就融入進(jìn)血中了，誰還來你講指針的本？所以說，這我覺得非常之盾。實(shí)際上，針變量的本質(zhì)普通變量是一的：普通變量寫個 short a，是在告訴編譯器，當(dāng) a = 1 時，你給我找一塊 2 字節(jié)的內(nèi)存，把 1 填充進(jìn)去。指針變量，寫個 short * p，是在告訴編譯器兩件事：當(dāng)我 p = xxx 時，你給我找到一 4 字節(jié)的內(nèi)存（我們假設(shè)針本身的大小定 4 字節(jié)），把 xxx 填充進(jìn)去，這和普通變量完一樣；當(dāng)我 *p = yyy 時，你給我找到 xxx 內(nèi)存地址，并且照 short 類型也就是 2 字節(jié)大小，把 yyy 填充到這里。所，誰說不能把個整型變量賦指針了，我這就把一個整型量 xxx 賦給指針 p 了么，我賦值的候就說它是整變量了，怎么吧？但是我用的時候，我 *p 又把 xxx 看做是一個內(nèi)存地址了，去找內(nèi)存 xxx 的地方，又怎么的吧？用碼來表示就是我強(qiáng)行把一個型數(shù)值 6 賦值給指針變量 p，然后 *p 去訪問內(nèi)存地址 6 并修改那個地方的值int?*?p?=?6;*p?=?999;我還可以把一地址值，強(qiáng)行值給一個普通量：int?a?=?1;int?b?=?&a;這時普通變量 b 里面存儲著 a 的地址，我 *b 也同樣可以訪到 a 并修改它的值：*b?=?999;當(dāng)然如果你真這寫編譯器會報，但沒關(guān)系，們可以先把普變量 b 強(qiáng)轉(zhuǎn)為指針變量，后再 * 它：*(int?*)b?=?999;你還可以玩些更花哨的， & 取地址，再 * 取值，雖然沒啥用：*((int?*)*(&p))?=?999;假如 a 的地址是 6 的話，其實(shí)你這些里胡哨的操作最后到人家 CPU 眼里，就是一條簡單的令：movl?9,?(6)就是想把 999 放在 6 號格子嘛！所以，不要把針想得多么復(fù)和神圣，它就方便了程序員程，同時告訴譯器應(yīng)該怎么譯成最終的指。你寫了個 *p，就是把 p 的值當(dāng)做內(nèi)存地址去訪問，匯編語言層面是加了個括號p)你寫了個 &a，就是取出變量 a 的內(nèi)存地址，在匯語言層面就是 lea 指令：lea?a,?xxx你如果寫了個 ***p 那就是，相當(dāng)于加了三次括：((p)))當(dāng)然啦，以上是方便理解的指令，具體落到真正的匯編言，我會在后的章節(jié)中講述直接從匯編語理解指針，你會發(fā)現(xiàn)指針就個工具人而已六、寫在最后此，我們的《管這破玩意叫針 -- 基礎(chǔ)篇》就講完了我們從最開始內(nèi)存格子出發(fā)逐漸推導(dǎo)出類系統(tǒng)和變量的用，進(jìn)而再引本質(zhì)上和普通量沒有任何區(qū)的指針變量，后再推導(dǎo)出指變量相關(guān)的操，帶你看清了針的本質(zhì)。你要去記本文的識點(diǎn)，重在整推導(dǎo)的過程，去理解指針想決的問題是什，它的合理性哪，哪一部分息是給程序員編譯器看的，一部分操作最又是真正落實(shí) CPU 指令的，這些才是鍵。當(dāng)然，我是給你簡單總下知識點(diǎn)相關(guān)部分，其實(shí)簡說，就這么幾事。定義一個針：int?*?p;賦值或初始化一個指針p?=?&a;修改指針的內(nèi)：*p?=?999;指針的加減（其實(shí)到后講的數(shù)組才有值）：p?=?p?+?1;完事，就這些！后，給大家推兩個網(wǎng)站。一是可以將 C 語言代碼實(shí)時譯成匯編代碼你可以用它來己玩指針做實(shí)，看它最終到 CPU 指令層面是什么樣。https://godbolt.org一個是 GNU C 手冊，里面對種語法和作用述的非常清楚不要再用搜索擎搜博客了。https://www.gnu.org/software/gnu-c-manual/gnu-c-manual.html比如講類型系統(tǒng)里的整型型：再比如講針的定義和初化：我相信本看下來，一定人想問，short * p 是不是應(yīng)該寫：short?*p或者short*?p自己去上面的文檔找答案即可。OK，本文到這里就終于要結(jié)束，在接下來的階篇里，我會述二級指針、組、函數(shù)指針字符串、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)體數(shù)組指針等內(nèi)容。然說是進(jìn)階篇但我認(rèn)為，指的本質(zhì)反而是階，而指針的階反而是基礎(chǔ)因?yàn)榧偃缋斫?上述的一切，面的所謂指針階玩法，都可通過指針的本以及語言設(shè)計合理性，推導(dǎo)來，再往后無是需要花時間練使用和掌握了。所以，理好今天的內(nèi)容非常重要?