本文來(lái)自微信公眾號(hào)：低發(fā)編程 （ID：dibingfa），作者：閃客原文標(biāo)題：《你管這破玩意指針？》本系列分三篇，破玩意的方式徹底理解好針的本質(zhì)：你管這破玩意指針 -- 基礎(chǔ)篇你管這破玩意叫指針 -- 進(jìn)階篇你管這破玩意叫指針 -- 變態(tài)篇話不多說(shuō)，開始！內(nèi)存，通常被嚴(yán)謹(jǐn)?shù)禺?下面這個(gè)樣子，一個(gè)下方低地址上方是高地址的格樓。但我今天換種畫法，成下面這個(gè)樣子。每個(gè)格代表內(nèi)存中的 1 個(gè)字節(jié)（8 位），格子上的數(shù)字就代表內(nèi)存地址，我也直用 10 進(jìn)制來(lái)表示了，免得 16 進(jìn)制又算不明白了。目前內(nèi)存是完全空，格子里沒(méi)有任何內(nèi)容。想一下，如果你忘掉所有語(yǔ)法規(guī)則和編程規(guī)范，你如何描述對(duì)這些內(nèi)存格子操作呢？一、類型系統(tǒng)很單，往格子 3 處放個(gè)數(shù)字 29，往格子 6 處放個(gè)數(shù)字 38，就這么簡(jiǎn)單直接地描述即可。但是樣說(shuō)話太麻煩了，什么往子 3 處放個(gè)數(shù)字 29 的，廢話太多，也不方便不講感情的計(jì)算機(jī)去理解那我們就定個(gè)指令，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(shuō)的：把數(shù)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(jiǎn)單了？別急，好戲馬開始！如果要把數(shù)字 999 放入內(nèi)存格子 8，該怎么辦呢？由于 1 個(gè)格子表示 1 個(gè)字節(jié)，只有 8 位，因此只能表示 256 個(gè)數(shù)字，要么是有符號(hào)的 -128 ~ 127，要么是無(wú)符號(hào)的 0 ~255，顯然數(shù)字 999 無(wú)法放在 1 個(gè)格子內(nèi)，只能占用 2 個(gè)格子了。那也好辦，就這么，把數(shù)字 999 放入格子 8，連續(xù)占用兩個(gè)格子。但這樣，我們剛剛的 mov 指令就得改改了，不但要表示 "存放" 這個(gè)含義，還得表示占用了多個(gè)格子。我們用 movb 表示只占 1 個(gè)字節(jié)，用 movw 表示占用 2 個(gè)字節(jié)。那么，剛剛的三個(gè)數(shù)字，就分別可以這用指令來(lái)表示了：movb?,?(3)movb?,?(6)movw?9,?(8)含義就是：把數(shù)字?29?放入內(nèi)存格子?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)字?999?放入內(nèi)存格子?8，占?2?個(gè)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(jì)下，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)不知不覺，類型系統(tǒng)被你悄悄設(shè)計(jì)出來(lái)了！當(dāng)，雖然這只是個(gè)半成品。、變量你不斷地往不同格里放數(shù)據(jù)。比如我把我的齡放在 11 號(hào)格子（占 1 字節(jié)），把我的月薪放在 14 號(hào)格子（占 4 字節(jié)）?，F(xiàn)在我們的內(nèi)存已經(jīng)非?；靵y了，你根記不住原來(lái)的 3 號(hào)格子放的數(shù)據(jù)表示什么，11 號(hào)格子又表示什么，只能過(guò)看數(shù)字知道 14 號(hào)格子里放的確實(shí)是我的月薪這該怎么辦呢？增加一層象嘛！我們給這些放了我數(shù)據(jù)的格子，都貼上個(gè)標(biāo)，就可以不用再記那些無(wú)義的格子編號(hào)了。這樣以，其實(shí)我們也不再關(guān)心，些標(biāo)簽到底在哪個(gè)格子里只要給我找到格子把我的據(jù)放進(jìn)去就可以了。movb?,?amovb?,?bmovw?9,?cmovb?,?agemovl?47483647,?salary當(dāng)然，我還需要再通過(guò)這個(gè)標(biāo)簽，我剛剛放進(jìn)去的數(shù)據(jù)找出。這很簡(jiǎn)單，但存在一個(gè)題，放進(jìn)去的時(shí)候，我們以通過(guò) movb，movw，movl 等知道占用多少個(gè)格子。而取出來(lái)的候，標(biāo)簽上可沒(méi)有寫這個(gè)據(jù)占用了多少個(gè)格子，這有問(wèn)題的。因此，在定義個(gè)標(biāo)簽時(shí)，不能光取個(gè)名，還需要有個(gè)信息就是，個(gè)標(biāo)簽對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，占了少個(gè)格子。我們就效仿剛的存放操作，也規(guī)定一系單詞，來(lái)修飾這些標(biāo)簽，示占用了多少個(gè)格子。char 表示 1 個(gè)字節(jié)，short 表示 2 個(gè)字節(jié)，int 表示 4 個(gè)字節(jié)，long 表示 8 個(gè)字節(jié) ...于是乎剛剛的 5 個(gè)數(shù)據(jù)，就可以表示為如下指令：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，相信大家也知道，這里是 C 語(yǔ)言的寫法，而剛剛那堆 mov 是匯編語(yǔ)言的寫法。這些 char a，char b，int salary 等，就是變量！記住，變量不但有名字，還得有類型！三變量定義與賦值其實(shí)，剛的寫法，是把變量的定義賦值操作寫在一行了。比有如下語(yǔ)句：int?a?=?1;實(shí)際上是分成兩步的：//?變量的定義int?a;//?變量的賦值（此處也可以叫變量的初化）a?=?1;其中變量的定義是為了方便程序員面去用它，這部分不是給 CPU 看的。而變量的賦值才是真正在內(nèi)存中把數(shù)放進(jìn)去，這部分才真正涉 CPU 具體指令的執(zhí)行。也就是說(shuō)，如果你僅僅義了一個(gè)變量 int a; 但是沒(méi)有給它初始化的賦值操作，那么最終在 CPU 執(zhí)行指令的時(shí)候，這個(gè)定義根本就沒(méi)有任何體。四、指針現(xiàn)在，讓我們內(nèi)存清空，回到一開始的一片凈土上。我們來(lái)搞點(diǎn)樣。我將我的密碼（1234）存儲(chǔ)在一個(gè) short a 中，假設(shè)這個(gè)變量 a 被放在了 6 號(hào)格子處。同時(shí)，我將這個(gè)變 a 的地址，也就是 6 這個(gè)數(shù)字，存儲(chǔ)在另一個(gè)變量 int p 中，假設(shè)這個(gè)變量 p 被放在了 1 號(hào)格子處。這樣，我尋找我密碼的方式，就是通過(guò) p 所在的內(nèi)存地址找到里面存的值，也就是 a 的內(nèi)存地址 6，再通過(guò) a 的內(nèi)存地址找到里面存的值，也就是我要找密碼 1234。我們可以用下面的代碼來(lái)表示剛剛存放邏輯。short?a?=?1234;//?假設(shè)?a?被放在了?6?號(hào)格子處int?p?=?6;這里的 p 和 a 都是變量，只不過(guò)，p 這個(gè)變量有點(diǎn)特殊，它里面存的值是一個(gè)內(nèi)存地址，我把 p 這個(gè)變量形象地成為指針變量，簡(jiǎn)稱指針。過(guò)，這樣有幾個(gè)問(wèn)題，我個(gè)個(gè)來(lái)說(shuō)。1. 取地址首先，我們?cè)诰幋a階段，無(wú)知道也無(wú)需知道變量 a 會(huì)存放在哪里，不然就失了標(biāo)簽的含義，又回到了要關(guān)心具體的內(nèi)存地址（就是格子編號(hào)）的時(shí)代了所以，我們應(yīng)該有個(gè)方法來(lái)在編碼階段表示變量 a 的地址的含義，姑且就叫做 &a 吧。那么我們的代碼，就可以優(yōu)化為：short?a?=?1234;//?假設(shè)?a?的地址是?6//?那么下面的?p?就等于?6int?p?=?&a;用圖來(lái)表示就是：2. 指針變量本身的大小視角放到這個(gè)變量 p 身上，雖然本質(zhì)上這個(gè)變量 p 里面存放的就是一個(gè)數(shù)值，假設(shè)是 6，但是它卻表示了一個(gè)內(nèi)存地址值。如果讓程序員隨便規(guī)這個(gè)變量 p 的數(shù)據(jù)類型（也就是占多少個(gè)字節(jié)）那顯然容易出問(wèn)題。比如存地址是 999，那么我用一個(gè) char 類型的變量 p 來(lái)存放它，就會(huì)有問(wèn)題。我們?cè)诰幋a階段無(wú)法確定一個(gè)變量的內(nèi)存址是多少的，所以用什么型的變量來(lái)存放它，也是法判斷的。所以，最穩(wěn)妥辦法就是，用一個(gè)完全能納所有內(nèi)存地址范圍的變類型來(lái)存放指針變量。我姑且認(rèn)為我們是在一個(gè) 32 位的系統(tǒng)上，那么用一個(gè) 4 字節(jié)大小的變量來(lái)存放，就可以了。（當(dāng)然實(shí)際上這取決于你的編譯的位數(shù)）現(xiàn)在，我們的指變量所占用的內(nèi)存大小，是固定的 4 個(gè)字節(jié)，也就是 4 個(gè)格子。程序員無(wú)需也無(wú)法修改這個(gè)大小那么我們就可以把 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解了指針變量本身所占用的存大小，但是還有一個(gè)問(wèn)沒(méi)有解決，就是指針變量存放的內(nèi)存地址處的變量大小。也就是說(shuō)，上面的針變量 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(méi)有任何信息，來(lái)說(shuō)明內(nèi)存址 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(gè) char 類型，也就是只占用了一個(gè)字節(jié)，那顯然，會(huì)取出一個(gè)不符合期的值。當(dāng)然，如果認(rèn)為 6 處的變量是個(gè) int 類型，占 4 個(gè)字節(jié)，雖然數(shù)值上可能沒(méi)有問(wèn)題但從某種程度上講也是不符合預(yù)期的（假如 8 號(hào)和 9 號(hào)格子里有其他內(nèi)容，那就更不符合預(yù)期了。所以，必須得完全按照量本身的類型，也就是 short 類型來(lái)讀取此內(nèi)存地址處的值，才是正確。那我們應(yīng)該如何表示這信息呢？即如何表示，變 p 是一個(gè)指針，且這個(gè)指針里面存放的內(nèi)存地址的變量的類型是 short。很好辦，直接說(shuō)答案吧。short?a?=?1234;short?*?p?=?&a;p 前面的 * 表示變量 p 是一個(gè)指針類型，再前面的 short 表示該指針指向的內(nèi)存地址處的變量，是 short 類型的變量。當(dāng)然，更準(zhǔn)確的說(shuō)法是指針 p 將會(huì)按照 short 類型的變量來(lái)讀取它指向的內(nèi)存，至于那里底是什么，無(wú)所謂。注意，這個(gè) short 并不是表示指針變量本身的大占 2 個(gè)字節(jié)，指針變量本身我們前面說(shuō)過(guò)了，就固定的 4 字節(jié)大小。不過(guò)總是這樣說(shuō)太繞口了，后我們就說(shuō)，變量 p 是個(gè) short * 類型的指針，就可以了。用上的圖形象地說(shuō)就是，右邊量 a 藍(lán)色的填充，表示 a 是個(gè) short 類型，而外面的虛線框框表示指針 p 按照 short 類型的變量來(lái) "解讀" 內(nèi)存地址 6 處的數(shù)值。兩者相匹配了，是 "正確" 的編程代碼了。當(dāng)然，這里的 "正確"，是說(shuō)給程序員聽的，CPU 才不關(guān)心。4. 指針?biāo)赶虻闹瞪厦嫖覀円?可以獲得某個(gè)變量的地址比如獲取 a 的地址就是：&a同時(shí)我們也可以定義一個(gè)指針變量，比如定義個(gè) short * 類型的指針變量 p：short?*?p;并且，我們通過(guò)直接賦值操作，可以給針變量進(jìn)行初始化：p?=?&a;當(dāng)然，上面的代碼也可以連起來(lái)寫，即指針量 p 的定義與初始化寫在同一行：short?*?p?=?&a;不過(guò)，我們還沒(méi)有一個(gè)方法，來(lái)表指針變量 p 所指向的那塊內(nèi)存。那我們就發(fā)明一，比如想把 p 所指向的那塊內(nèi)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(shuō) p 這個(gè)變量的內(nèi)存地址，而是把 p 這個(gè)變量里存的內(nèi)容當(dāng)做內(nèi)存地址來(lái)看，指向這內(nèi)存地址。用圖表示就是所以連起來(lái)一個(gè)完整的程就是：short?a?=?1234;//?指針的定義short?*?p;//?指針的初始化，也即指針變量本身的值p?=?&a;//?指針變量所指向的內(nèi)存地址的值*p?=?999;執(zhí)行過(guò)后，a 的值會(huì)變成 999，或者說(shuō) 6 號(hào)格子與 7 號(hào)格子里的值會(huì)變成 999。5. 指針的加減如果對(duì)一個(gè)普通變量 +1，比如說(shuō)：int?a?=?1;int?b?=?a?+?1;那顯然，b 的值應(yīng)該是 2，毫無(wú)疑問(wèn)。但是如果對(duì)一個(gè)指針變量 +1，會(huì)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)心，只盯著 p 的值看，顯然，一開始的時(shí)候是 1。（為方便演示，下面的圖直表示 p 所指向的內(nèi)存地址，而不是 p 本身所在的內(nèi)存地址）我們先不考，p + 1 應(yīng)該是幾，如果讓你來(lái)設(shè)計(jì)這個(gè)語(yǔ)言你覺得 p + 1 是幾比較好呢？我認(rèn)為，只有種較為合理的設(shè)計(jì)。第一，p + 1 就等于 2，就簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單當(dāng)做數(shù)值進(jìn)加法運(yùn)算而已。第二種，p + 1 等于 5，即跨過(guò)一個(gè) p 所指向的內(nèi)存單元的數(shù)據(jù)類型的大小，就是 4 字節(jié)的 int。你覺得那種比較合理呢那顯然是第二種嘛！不然普通變量有啥區(qū)別了，你然設(shè)計(jì)出了指針變量這個(gè)意，就需要讓它發(fā)揮點(diǎn)方程序員的作用，這才是你計(jì)它的真正目的。當(dāng)然你服，你就想讓這個(gè) int * 類型的指針變量，就真真正正在數(shù)值上只 +1，也就是讓 p 等于 2，該怎么辦呢？很簡(jiǎn)單，成三步就好了：第一步， int * 類型的 p 強(qiáng)轉(zhuǎn)為 char * 類型的 p。第二步，p + 1。第三步，再把 char * 類型的 p 強(qiáng)轉(zhuǎn)為 int * 類型。完事！用代碼表示就是p?=?(int?*)((char?*)p?+?1);你會(huì)看到，C 語(yǔ)言項(xiàng)目中經(jīng)常使用這樣的玩。當(dāng)然，你這一頓花里胡的操作，在 CPU 眼里，就是對(duì)一個(gè)內(nèi)存地址處值簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單地 +1 而已。五、指針的本質(zhì)我們看面的一張圖：其實(shí)，別看面又 short * p 又 short a 的，這是給程序員和編譯器的。在 CPU 眼里，根本沒(méi)有這些眼花繚亂的標(biāo)，以及五花八門的解讀，是 0 ~ 4 號(hào)格子里存了個(gè)數(shù)字 6，然后 6 ~ 7 號(hào)格子里存了個(gè)數(shù)字 1234，僅此而已。更進(jìn)一步講，其實(shí)就只 1 號(hào)格子里存儲(chǔ)了數(shù)字 6（234 號(hào)格子是空的），6 號(hào)格子里存儲(chǔ)了數(shù)字 12，7 號(hào)格子里存儲(chǔ)了數(shù)字 34。（當(dāng)然實(shí)際得轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，再合大端序還是小端序來(lái)看，我這里就是簡(jiǎn)單直觀告大家 CPU 才不管那么多，就一個(gè)格子一個(gè)格子放數(shù)字就完事了）所以，們經(jīng)常聽書上講，讓大家定要記住，指針變量中只存放地址，不要將一個(gè)整或任何其他非地址類型的據(jù)賦給一個(gè)指針變量了。種說(shuō)法就非常別扭，很多上，即想講清楚指針的本，又想講清楚指針的注意項(xiàng)，混雜在一起，讓讀者沒(méi)有搞清楚指針的本質(zhì)，不知道指針的注意事項(xiàng)。糾結(jié)！說(shuō)實(shí)話，就光看書沒(méi)有經(jīng)過(guò)大量 C 語(yǔ)言的實(shí)踐，誰(shuí)能記得住或者理透徹那些注意事項(xiàng)。而經(jīng)大量 C 語(yǔ)言實(shí)踐的人，指針早就融入進(jìn)血液中了誰(shuí)還來(lái)看你講指針的本質(zhì)所以說(shuō)，這塊我覺得非常矛盾。實(shí)際上，指針變量本質(zhì)和普通變量是一樣的普通變量，寫個(gè) short a，是在告訴編譯器，當(dāng)我 a = 1 時(shí)，你給我找到一塊 2 字節(jié)的內(nèi)存，把 1 填充進(jìn)去。指針變量，寫個(gè) short * p，是在告訴編譯器兩件事情：當(dāng)我 p = xxx 時(shí)，你給我找到一塊 4 字節(jié)的內(nèi)存（我們假設(shè)指針本身的大小固 4 字節(jié)），把 xxx 填充進(jìn)去，這就和普通變量完全一樣；當(dāng)我 *p = yyy 時(shí)，你給我找到 xxx 內(nèi)存地址，并且按照 short 類型也就是 2 字節(jié)大小，把 yyy 填充到這里。所以，誰(shuí)說(shuō)不能把一個(gè)整型量賦給指針了，我這不就一個(gè)整型變量 xxx 賦給指針 p 了么，我賦值的時(shí)候就說(shuō)它是整型變量，怎么的吧？但是我用它時(shí)候，我 *p 又把 xxx 看做是一個(gè)內(nèi)存地址了，就去找內(nèi)存 xxx 的地方，又怎么的吧？用碼來(lái)表示就是：我強(qiáng)行把個(gè)整型數(shù)值 6 賦值給指針變量 p，然后 *p 去訪問(wèn)內(nèi)存地址 6 并修改那個(gè)地方的值：int?*?p?=?6;*p?=?999;我還可以把一個(gè)地址值，強(qiáng)行賦值給一個(gè)通變量：int?a?=?1;int?b?=?&a;這時(shí)普通變量 b 里面存儲(chǔ)著 a 的地址，我 *b 也同樣可以訪問(wèn)到 a 并修改它的值：*b?=?999;當(dāng)然如果你真這么寫編譯器會(huì)報(bào)錯(cuò)，但關(guān)系，我們可以先把普通量 b 強(qiáng)轉(zhuǎn)為指針變量，然后再 * 它：*(int?*)b?=?999;你還可以玩些更花哨的， & 取地址，再 * 取值，雖然沒(méi)啥用：*((int?*)*(&p))?=?999;假如 a 的地址是 6 的話，其實(shí)你這些花里胡哨的操作，最到人家 CPU 眼里，就是一條簡(jiǎn)單的指令：movl?9,?(6)就是想把 999 放在 6 號(hào)格子嘛！所以，不要把指針想得多么復(fù)雜和神圣它就是方便了程序員編程同時(shí)告訴編譯器應(yīng)該怎么譯成最終的指令。你寫了 *p，就是把 p 的值當(dāng)做內(nèi)存地址去訪問(wèn)，在編語(yǔ)言層面就是加了個(gè)括：p)你寫了個(gè) &a，就是取出變量 a 的內(nèi)存地址，在匯編語(yǔ)言層面就是 lea 指令：lea?a,?xxx你如果寫了個(gè) ***p 那就是，相當(dāng)于加了三次括號(hào)：((p)))當(dāng)然啦，以上都是方便理解的偽指令，具體落實(shí)到正的匯編語(yǔ)言，我會(huì)在后的章節(jié)中講述，直接從匯語(yǔ)言理解指針，你就會(huì)發(fā)指針就是個(gè)工具人而已。、寫在最后至此，我們的你管這破玩意叫指針 -- 基礎(chǔ)篇》就講完了。我們從最開始的內(nèi)存格子出發(fā)逐漸推導(dǎo)出類型系統(tǒng)和變的作用，進(jìn)而再引出本質(zhì)和普通變量沒(méi)有任何區(qū)別指針變量，最后再推導(dǎo)出針變量相關(guān)的操作，帶你清了指針的本質(zhì)。你不要記本文的知識(shí)點(diǎn)，重在整推導(dǎo)的過(guò)程，要去理解指想解決的問(wèn)題是什么，它合理性在哪，哪一部分信是給程序員和編譯器看的哪一部分操作最終又是真落實(shí)到 CPU 指令的，這些才是關(guān)鍵。當(dāng)然，我是給你簡(jiǎn)單總結(jié)下知識(shí)點(diǎn)關(guān)的部分，其實(shí)簡(jiǎn)單說(shuō)，這么幾件事。定義一個(gè)指：int?*?p;賦值或初始化一個(gè)指針：p?=?&a;修改指針的內(nèi)容：*p?=?999;指針的加減（其實(shí)到后面講的數(shù)組有價(jià)值）：p?=?p?+?1;完事，就這些！最后，給大家推薦兩個(gè)網(wǎng)站。個(gè)是可以將 C 語(yǔ)言代碼實(shí)時(shí)編譯成匯編代碼，你以用它來(lái)自己玩指針做實(shí)，看它最終到 CPU 指令層面是什么樣。https://godbolt.org一個(gè)是 GNU C 手冊(cè)，里面對(duì)各種語(yǔ)法和作用講述的非常清楚，不再用搜索引擎搜博客了。https://www.gnu.org/software/gnu-c-manual/gnu-c-manual.html比如講類型系統(tǒng)里的整型類型再比如講指針的定義和初化：我相信本文看下來(lái)，定有人想問(wèn)，short * p 是不是應(yīng)該寫成：short?*p或者short*?p自己去上面的文檔里找答案即可。OK，本文到這里就終于要結(jié)束，在接下來(lái)的進(jìn)階篇里，會(huì)講述二級(jí)指針、數(shù)組、數(shù)指針、字符串、結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)體數(shù)組與指針等內(nèi)容雖然說(shuō)是進(jìn)階篇，但我認(rèn)，指針的本質(zhì)反而是進(jìn)階而指針的進(jìn)階反而是基礎(chǔ)因?yàn)榧偃缋斫饬松鲜龅囊?，下面的所謂指針進(jìn)階玩，都可以通過(guò)指針的本質(zhì)及語(yǔ)言設(shè)計(jì)的合理性，推出來(lái)，再往后無(wú)非是需要時(shí)間熟練使用和掌握罷了所以，理解好今天的內(nèi)容非常重要?