第十一章、指针
这一章我们来学习 C 语言中最难理解的知识点指针。
指针是 C 语言的灵魂。C 语言有了指针才使得它变得更加强大、灵活和高效。如果你不懂 C 语言的指针就等于你没有掌握 C 语言。如果你不打算搞懂指针。那建议你学习其它的编程语言，比如 python。
指针 是 C 语言的重点难点，它理解起来比较令人困惑。要理解指针我们先要了解内存以及变量在内存中的存放方式。
下面我先来讲解一下内存和变量地址。
1. 内存和变量地址
先来说一下内存。内存是用来存放计算机运行时数据的重要存储单元。 我们声明的变量在运行时都占用一段连续的内存空间。
在计算机内，内存是以字节为最小单位的存储单元组成的。这些字节在逻辑上是顺序排列的，每个字节都有自己的地址。第一个字节的地址为 0，第二个字节的地址为1，以此类推。一般要存储比较小的数字，比如年岭我们用一个字节就够了。但我们要存储你的豪车的里程数，显然我们需要两个或四个字节才能存得下。因此我们存储不同的数据就有了不同的数据类型。也就是说，数据类型是内存结构中的数据对外（编译器）的具体表现形式。
在现实中，你可以把内存理解成依山傍海的海边的一条狭长的平原空地。你打算在这里建造一座城市。于是作为城市规划师的你自西向东每隔 10 米划分成一个地段，如下图所示：
^^ ^^ ^^ 山 ^^ ^^ ^^ 山 ^^ ^^ ^^ https://weimingze.com ^^ ^^ ^^ 山 ^^ ^^
+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+
| house | house | house | school | house | ...
+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+
1 2 3 4 5 6 7 8 9
道 路
~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~
~~ ~~ ~~ 海 ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ 海 ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ 海 ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~
~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~~ ~
你为每个地块都定义的一个数字 1、2、3 这就是地址。其中 居民房子（house）比较小占一个地块，学校（school）比较大占四个地块。房子和学校就是不同的类型（对应C 中的数据类型）。但有个问题出现了，学校占用了4、5、6、7 四个地块，为了邮寄和管理方便，我们如何确定学校的地址呢？聪明的你想到了用最小的数值表示跨越多个地块的建筑的地址（C 语言中也是这样规定地址的），即学校的地址是 4 而不是 5、6、7。
在 C 语言中，我们声明的变量，在运行时都会存在于内存中。我们用 &标识符 的语法就可以获取一个变量的地址。下面我们用程序打印这些变量的地址。
// filename: memory_addr.c
#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[]) {
char ch1 = 'a', ch2 = 'b';
short s = 10;
int i = 1000;
printf("&ch1:%p\n", &ch1);
printf("&ch2:%p\n", &ch2);
printf("&s :%p\n", &s);
printf("&i :%p\n", &i);
return 0;
}
说明：
- 格式化字符串中的
%p是以十六进制的格式输出内存地址。
运行结果:
weimingze@mzstudio:~$ gcc -o memory_addr memory_addr.c
weimingze@mzstudio:~$ ./memory_addr
&ch1:0x7ffdd8ac3ae0
&ch2:0x7ffdd8ac3ae1
&s :0x7ffdd8ac3ae2
&i :0x7ffdd8ac3ae4
根据上述输出结果，可以推断其内存分布结构如下：
ch1 ch2 s i
----+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+----
... | 'a' | 'b' | 10 | 1000 | ...
----+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+-------+----
^ ^ ^ ^ ^
| &ch | &ch2 | &s | &i |
0x7ffdd8ac3ae0 | 0x7ffdd8ac3ae2 | 0x7ffdd8ac3ae8
0x7ffdd8ac3ae1 0x7ffdd8ac3ae4
计算内的内存地址的范围
- 一般在 32 位的操作系统中，内存地址是
0x00000000 ~ 0xFFFFFFFF的 32 位的无符号整数数值。 - 一般在 64 位的操作系统中，内存地址是
0x0000000000000000 ~ 0xFFFFFFFFFFFFFFFF的 64 位的无符号整数数值。
具体内存的取值范围由操作系统的位宽和编译器共同决定。
现在我们了解了地址的概念。那么我们如何来用变量来保存这些地址呢？这就需要用到我们下一节课讲到的指针。
实验：
写一段程序，定义几个变量，打印这些变量的地址，分析这些变量在内存中的分布情况。