內(nèi)存訪問模式

如果你想了解更多，你應(yīng)該閱讀計算機(jī)組成和編譯原理。

Sizeof關(guān)鍵字

sizeof關(guān)鍵字由編譯器用來計算基于字節(jié)的特定類型數(shù)據(jù)的長度。例如:

sizeof=1;sizeof=4;

sizeof的值是編譯時計算的，所以可以認(rèn)為是常量！

指針是什么？

我們知道，C語言中的數(shù)組是指一種類型，具體分為int型數(shù)組、double型數(shù)組、char型數(shù)組等等。

同樣，指針的概念一般是指一類數(shù)據(jù)類型，比如int指針類型、double指針類型、char指針類型等等。

一般我們用int類型存儲一些整數(shù)數(shù)據(jù)，比如int num = 97，我們也用char存儲字符:char ch = 'a '。

我們還必須知道，任何程序數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存后，內(nèi)存中都有它們的地址，也就是指針。

為了在內(nèi)存中存儲數(shù)據(jù)的地址，我們需要一個指針變量。

所以指針是程序數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的地址，指針變量是用來存儲這些地址的變量。

以我個人的理解，指針可以理解為int integer，只不過它存儲的數(shù)據(jù)是內(nèi)存地址，不是普通數(shù)據(jù)。我們通過這個地址值訪問數(shù)據(jù)，假設(shè)它是P，這意味著數(shù)據(jù)存儲位置是內(nèi)存的第P個字節(jié)。

當(dāng)然不能像int類型的數(shù)據(jù)那樣做各種加減乘除運算，這是編譯器不允許的，因為這樣的錯誤是很危險的！

圖2是指針的描述。指針的值是數(shù)據(jù)存儲地址。因此，我們說指針指向數(shù)據(jù)存儲位置。

指針長度

我們用這種方式來定義指針:

Type*p;

我們說p是指向type的指針，type可以是任意類型。除了char，short，int，long等基本類型外，還可以是指針類型，比如int *，int **，或者更高級別的指針，或者結(jié)構(gòu)，類，函數(shù)。所以，我們說:

Int *是指向Int類型的指針；

Int **，即 *，是指向int *類型的指針，即指向指針的指針；

Int ***，也就是 *，是指向Int **類型的指針，也就是指向指針的指針；

...我想你應(yīng)該明白

Struct xxx *是指向Struct xxx類型的指針；

其實說這么多，只是希望看到指針的時候不要被int ***，之類的東西嚇到。前面說過，指針是指向某個類型的指針。我們只看最后一個*號，前面那個正好是類型。

細(xì)心的人應(yīng)該會發(fā)現(xiàn)，在“什么是指針”一節(jié)中，已經(jīng)指出指針的長度等于CPU位數(shù)，大多數(shù)CPU都是32位，所以我們說指針的長度是32位，也就是4字節(jié)！注意:任何指針的長度都是4字節(jié)，不管是什么指針！

所以:

Type*p;

izeof的值為4，類型可以是任何類型、字符、整數(shù)、長整型、結(jié)構(gòu)、類、整數(shù)* *...

以后看到任何sizeof、sizeof、sizeof都不要在意。寫全4。只要是指針，長度就是4字節(jié)。千萬不要被類型迷惑！

為什么程序中的數(shù)據(jù)有自己的地址？

要理解這個問題，需要從操作系統(tǒng)的角度去認(rèn)識內(nèi)存。

電腦修理工眼中的內(nèi)存是這樣的:內(nèi)存在物理上是由一組DRAM芯片組成的。

換句話說，內(nèi)存是一個大的線性字節(jié)數(shù)組。每個字節(jié)都有固定的大小，由8個二進(jìn)制位組成。

最重要的是每個字節(jié)都有一個唯一的數(shù)字，從0開始，到最后一個字節(jié)結(jié)束。

如上圖，這是一個256-m的內(nèi)存，總共256x1024x1024 = 268435456字節(jié)，所以它的地址范圍是0 ~268435455。

因為內(nèi)存中的每個字節(jié)都有一個唯一的數(shù)字。

所以程序中使用的變量、常數(shù)、偶數(shù)函數(shù)等數(shù)據(jù)在加載到內(nèi)存中時都有自己唯一的編號，這個編號就是這個數(shù)據(jù)的地址。

指針就是這樣形成的。

下面用代碼解釋

#include <stdio.h> intmain { char ch = 'a'; intnum = 97; printf; //ch的地址:0028FF47 printf; //num的地址:0028FF40 return0; }

變量和內(nèi)存

為簡單起見，上面例子中的局部變量int num = 97用來分析內(nèi)存中變量的存儲模型。

已知num的類型是int，占用4字節(jié)內(nèi)存空，其值為97，地址為0028FF40。我們從以下幾個方面來分析。

1.內(nèi)存數(shù)據(jù)

內(nèi)存中的數(shù)據(jù)是與變量值對應(yīng)的二進(jìn)制，一切都是二進(jìn)制的。

97的二進(jìn)制是:00000000000000000000000000000110000。然而，當(dāng)使用小端模式進(jìn)行存儲時，較低的數(shù)據(jù)存儲在較低的地址，因此繪圖是相反的。

2.內(nèi)存數(shù)據(jù)的類型

內(nèi)存的數(shù)據(jù)類型決定了該數(shù)據(jù)占用的字節(jié)數(shù)以及計算機(jī)將如何解釋這些字節(jié)。

Num屬于int類型，因此它將被解釋為整數(shù)。

3.內(nèi)存數(shù)據(jù)的名稱

內(nèi)存的名稱就是變量名。內(nèi)存數(shù)據(jù)本質(zhì)上是用地址來標(biāo)識的，不存在內(nèi)存的名字這種東西。這只是高級語言提供的一種抽象機(jī)制，方便我們對內(nèi)存數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。

而且在C語言中，并不是所有的內(nèi)存數(shù)據(jù)都有名字，比如malloc申請的堆內(nèi)存就沒有。

4.內(nèi)存數(shù)據(jù)地址

如果一個類型占用的字節(jié)數(shù)大于1，則其變量的地址就是地址值最小的字節(jié)的地址。

所以num的地址是0028FF40。存儲器的地址用于識別該存儲塊。

5.內(nèi)存數(shù)據(jù)的生命周期

Num是主函數(shù)中的局部變量，所以主函數(shù)啟動時分配給棧內(nèi)存，主執(zhí)行結(jié)束時死亡。

如果一段數(shù)據(jù)一直占用他的內(nèi)存，那么我們說它是“活的”，如果它占用的內(nèi)存被回收，數(shù)據(jù)就會“消亡”。

C語言的程序數(shù)據(jù)會根據(jù)其定義的位置、數(shù)據(jù)類型、修改的關(guān)鍵字等因素確定其生命周期特征。

本質(zhì)上，我們的程序使用的內(nèi)存在邏輯上會分為堆棧區(qū)、堆區(qū)、靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)和方法區(qū)。

不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)有不同的生命周期。

無論未來計算機(jī)硬件如何發(fā)展，內(nèi)存容量都是有限的，所以清楚地了解程序中每個程序數(shù)據(jù)的生命周期是非常重要的。

指針操作

更多的采訪會帶這種東西:

Type*p;p++;

然后問你p的值變了多少？

其實也可以認(rèn)為是在測試編譯器的基礎(chǔ)知識。所以p的值不是+1那么簡單，編譯器實際上是在p上加了sizeof。

看一段代碼的測試結(jié)果:

從觀察結(jié)果可以看出，它們的生長結(jié)果是:

2（sizeof）4（sizeof）4（sizeof）8（sizeof）4（sizeof）8（sizeof）12（sizeof）

看，附加值是的大小嗎？其他結(jié)構(gòu)、類等。，不驗證你。有興趣的話，自己驗證一下。

讓我們匯編這樣一段代碼，看看編譯器是如何添加指針的:

編譯結(jié)果:

請注意注釋部分的結(jié)果，我們可以看到piv值顯示為4)，然后是16)。

指針變量和指向關(guān)系

用來保存指針的變量是指針變量。

如果指針變量p1存儲變量num的地址，可以說p1指向變量num，也可以說p1指向num所在的內(nèi)存塊。這種指向關(guān)系通常由圖中的箭頭表示。

自由函數(shù)不能也不能將p設(shè)置為空。像下面這樣的代碼將有一個內(nèi)存段錯誤:

因為，第一次自由操作后，P所指向的內(nèi)存已經(jīng)釋放，但是P的值沒有改變，自由函數(shù)無法改變這個值。當(dāng)P所指向的內(nèi)存區(qū)域再次被釋放時，這個地址就變成了非法地址，會導(dǎo)致段錯誤

但是下面的代碼不會有這樣的問題:

因為p的值被編程為空，所以自由函數(shù)檢測到p為空，并將直接返回它，沒有任何錯誤。

在這里順便給大家講一個釋放內(nèi)存的小竅門，可以有效避免忘記設(shè)置指針空帶來的各種內(nèi)存問題。這個方法是自定義一個內(nèi)存釋放函數(shù)，但是傳入的參數(shù)不知道指針，只知道指針的地址。在此功能中設(shè)置空，如下所示:

調(diào)用my_free后，p的值變?yōu)?，多次調(diào)用free后不會報錯！

還有一種方法也很有效，就是定義一個FREE宏，在宏中設(shè)置它空。例如

指向空，或者什么都不要指向。

錯誤指針

指針變量的值為空，或者是未知的地址值，或者是當(dāng)前應(yīng)用程序無法訪問的地址值。這樣的指針是不好的指針。

它們不能被取消指向，否則程序會有運行時錯誤，這將導(dǎo)致程序意外終止。

任何指針變量都必須確保在尋址之前指向有效且可用的內(nèi)存塊，否則會出錯。

錯誤的指針是C語言錯誤最常見的原因之一。

下面的代碼就是錯誤的示例。

voidopp { int * p = NULL* p = 10//哎呀！無法處理空值}

void foo { int * p；* p = 10//哎呀！無法尋址未知地址}

void bar { int * p =1000；* p = 10//哎呀！不能將指針指向不屬于該程序內(nèi)存的地址

空*型指針

由于void的類型為空，void*的指針僅保存指針值，但會丟失類型信息。我們不知道它指向什么類型的數(shù)據(jù)，只指定這個數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的起始地址。

要想完整提取出指向的數(shù)據(jù)，程序員必須對指針進(jìn)行正確的類型轉(zhuǎn)換，然后求解指針。因為，編譯器不允許void*類型的指針被直接去指。

雖然字面意思是void空，但是void指針的含義并不是空指針的含義，它指的是上面提到的NULL指針。

Void指針實際上意味著指向任何類型的指針。任何類型的指針都可以直接賦給void指針而無需強(qiáng)制轉(zhuǎn)換。

例如:

Type a, *p=&a;（Type等于char, int, struct, int*…）void*pv;pv=p;

如前所述，void指針的優(yōu)點是任何指針都可以直接賦值給它，這在某些場合非常有用，所以有些操作對于任何指針都是一樣的。空指針最常用于內(nèi)存管理。最典型最知名的就是標(biāo)準(zhǔn)庫的免費功能。其原型如下:

voidfree;

自由函數(shù)的參數(shù)可以是任意指針。沒人見過自由參數(shù)中的指針需要強(qiáng)到void*？

malloc，calloc，realloc函數(shù)的返回值也是一個void指針。因為內(nèi)存分配，你只需要知道分配的大小，然后返回新分配內(nèi)存的地址。指針的值是地址。不管返回什么樣的指針，結(jié)果其實都是一樣的，因為所有的指針實際上都是32位長度，它的值就是內(nèi)存的地址。指針類型僅供編譯器查看。如果malloc函數(shù)設(shè)置為下面的原型，那就完全沒有問題了。

char*malloc;

實際上設(shè)置為

Type*malloc;

是完全正確的，使用void指針的原因，其實前面說過，void指針就是任意指針，所以設(shè)計更嚴(yán)謹(jǐn)，更符合我們的直觀理解。如果你用我前面提到的指針概念來理解童鞋，你一定會明白這一點。

結(jié)構(gòu)和指針

結(jié)構(gòu)指針有特殊的語法:->:符號

如果p是結(jié)構(gòu)指針，p->:的方法訪問結(jié)構(gòu)的成員

typedef struct{char name;intage;float score;}Student;

intmain{Student stu = {"Bob "，19，98.0 }；學(xué)生* ps = & amp斯圖；

ps->。年齡= 20歲；ps->。得分= 99.0；printf；返回0；}

數(shù)組和指針

1.當(dāng)數(shù)組名是正確的值時，它是第一個元素的地址。

intmain{intarr = {1,2,3};

int * p _ first = arrprintf；//1 return 0；}

2.指向數(shù)組元素的指針支持遞增和遞減操作。

intmain{intarr = {1,2,3};

int * p = arrfor{printf；} return0}

3.p= p+1意味著讓P指向最初指向的同一類型存儲塊的下一個相鄰存儲塊。

在同一個數(shù)組中，元素的指針可以相減，指針之間的差等于下標(biāo)之間的差。

4、p == *

p == *+ m)

5.當(dāng)使用sizeof作為數(shù)組名稱時，將返回整個數(shù)組占用的內(nèi)存字節(jié)數(shù)。當(dāng)數(shù)組名賦給指針時，sizeof運算符用于返回指針的大小。

這就是為什么當(dāng)把一個數(shù)組傳遞給一個函數(shù)時，需要用另一個參數(shù)傳遞數(shù)組元素的個數(shù)。

intmain{intarr = {1,2,3};

int * p = arrprintf=%d "，sizeof)；//sizeof= 12 printf= % d "，sizeof)；//sizeof=4

返回0；}

函數(shù)和指針

參數(shù)和函數(shù)指針

在C語言中，參數(shù)是通過值傳遞給形式參數(shù)的，也就是說函數(shù)中的形式參數(shù)是實際參數(shù)的副本，形式參數(shù)和實際參數(shù)只是上面的相同值，而不是相同的內(nèi)存數(shù)據(jù)對象。

這意味著這種數(shù)據(jù)傳輸是單向的，即從調(diào)用者傳輸?shù)奖徽{(diào)函數(shù)，但被調(diào)函數(shù)不能修改傳輸?shù)膮?shù)來達(dá)到返回的效果。

void change{a++; //在函數(shù)中改變的只是這個函數(shù)的局部變量a，而隨著函數(shù)執(zhí)行結(jié)束，a被銷毀。age還是原來的age，紋絲不動。}intmain{intage = 19;change;printf; //age = 19return0;}

有時我們可以使用函數(shù)的返回值來返回數(shù)據(jù)，這在簡單的情況下是可能的。

但是，如果返回值有其他用途，或者要返回多個數(shù)據(jù)，則返回值無法求解。

傳遞指向變量的指針可以很容易的解決上面的問題。

void change{++; //因為傳遞的是age的地址，因此pa指向內(nèi)存數(shù)據(jù)age。當(dāng)在函數(shù)中對指針pa解地址時，//會直接去內(nèi)存中找到age這個數(shù)據(jù)，然后把它增1。}intmain{intage = 19;change;printf; //age = 20return0;}

讓我們舉另一個用函數(shù)交換兩個變量的值的老式例子:

#include<stdio.h>voidswap_bad;voidswap_ok;

int main { inta = 5；int b = 3；swap_bad；//不能互換；swap _ ok；//okreturn 0；}

//寫voidswap_bad{ intt；t = a；a = b；b = t；}

//正確寫法:通過指針void swap _ ok { intt；t = * pa* pa = * pb* Pb = t；}

使用typedef的好處是可以用一個短的名字來表示一個類型，而不是一直使用長的代碼，這樣不僅使代碼更加簡潔易讀，還避免了代碼鍵入容易出錯的問題。強(qiáng)烈建議您使用typedef來定義復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，如結(jié)構(gòu)和指針。

每個函數(shù)本身也是一種程序數(shù)據(jù)。一個函數(shù)包含多個執(zhí)行語句。經(jīng)過編譯，本質(zhì)上是多條機(jī)器指令的集合。

程序裝入內(nèi)存后，函數(shù)的機(jī)器指令存儲在一個特定的邏輯區(qū)域:代碼區(qū)。

由于存儲在內(nèi)存中，函數(shù)也有自己的指針。

在C語言中，當(dāng)函數(shù)名是正確的值時，就是這個函數(shù)的指針。

void echo{printf;}int main{void = echo; //函數(shù)指針變量指向echo這個函數(shù)

p；//通過函數(shù)的指針p調(diào)用函數(shù)，相當(dāng)于echoecho；返回0；}

常量和指針

const修改誰？誰也一樣？

如果const后跟一個類型，則跳過最近的原子類型，并修飾以下數(shù)據(jù)。

如果const后面是數(shù)據(jù)，直接修改數(shù)據(jù)。

intmain{inta = 1;

intconst * p1 = & ampa .//const后面跟*p1，本質(zhì)上是數(shù)據(jù)a，所以修改*p1。通過p1，不能修改a的值。const int * p2 = &:a；//const后面是int類型，所以跳過int，修改*p2，效果同上

int * constp3 = NULL//const后面是數(shù)據(jù)p3。也就是說，指針p3本身是常量。

constint * constp4 = & ampa .//a的值不能通過p4來改變，p4本身就是constitution const * const P5 = &；a .//效果同上

返回0；

} typedefinet * pint _ t；//將int* type包裝為pint_t，那么pint_t現(xiàn)在就是一個完整的原子類型

intmain{

inta = 1；constpint _ tp1 = & ampa .//同樣，const跳過pint_t類型，修改p1。指針p1本身是const pint _ tconstp 2 = & amp:a；//const直接修改p，同上

返回0；

}

深度復(fù)制和輕度復(fù)制

如果兩個程序單元通過復(fù)制它們共享的數(shù)據(jù)的指針來工作，這是一個淺層復(fù)制，因為要訪問的數(shù)據(jù)沒有被復(fù)制。

如果復(fù)制訪問的數(shù)據(jù)，每個單元都有自己的副本，并且對目標(biāo)數(shù)據(jù)的操作不受彼此的影響，稱為深度復(fù)制。

//測試機(jī)器是否處于小端模式。如果是，則為真；否則為假

//這種方法的依據(jù)是，C語言中一個對象的地址是這個對象占用的字節(jié)中地址值最小的字節(jié)的地址。

boolisSmallIndain{unsignedintval = 'A';unsignedchar* p = &val; //C/C++：對于多字節(jié)數(shù)據(jù)，取地址是取的數(shù)據(jù)對象的第一個字節(jié)的地址，也就是數(shù)據(jù)的低地址

return * p = = ' A}