帶你從新認識C語言的指針(上)

​ 首創性並非首次觀察某種新事物，而是把舊的、很早就是已知的，或者是人人都視而不見的事物當新事物觀察，這才證實是有真正的首創頭腦 —尼采

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序言

 指針是C語言學習者繞不過的一道坎，也是C語言學習者不得繞過的一道坎。辨別一我的C語言學的好賴就看他對指針的理解怎麼樣。指針內容也是工做面試常常問到的問題。本文將帶你從新認識那個絆倒你的指針，以解你們的心頭之惑(恨)。

爲何要學習指針？

 有同窗就要說了，既然指針這麼難，這麼不通俗易懂，爲何要學習他呢？其餘高級語言都是把這塊基本屏蔽掉了，不在讓程序員直接操做指針，這裏不直接操做指的是不讓程序員用指針進行運算和強轉而不是完全沒有了。舉個java的例子

Object obj= new Object();
Object sec= obj;
sec = new Object();
複製代碼

 若是你去仔細研究他們的行爲，就會發現 obj, sec 都只是一個指向對象的東西，能夠爲空，也能夠修改指向，因此它們其實都是指針，只是 Java 的教材裏面不在去提這東西而已，具體緣由看我後面講解便知道了。

​ 繼續說爲何學習指針，爲何學習指針就必需要說到指針的優勢了。

• 指針能夠直接操做變量地址，因此很靈活。
• 指針操做會減小不少變量的拷貝使得程序性能提高。
• 能夠動態分配內存。

 這些優勢使得不少後臺性能要求很高的系統、遊戲內核、一些高併發的中間件都是使用C&C++語言開發出來的。好比強大的linux系統、nginx，mysql、redis等等。

 曾經看到一個搞笑的評論，hhh

道生一，一輩子二，二生三，三生萬物

電腦生彙編，彙編生C , C生C++，C/C++生萬物

指針是什麼？

 其實指針看起來複雜，聽起來複雜，學起來複雜，可是總結下來指針究竟是個啥，也就一句話。

指針就是地址，指針變量就是一個存放內存地址的變量

 你沒看看錯，是的就是這麼簡單明瞭。一般咱們說的指針就約等於說的是指針變量。

指針和內存地址的關係

 不少人不明白指針其實也就是不明白內存地址，因此要想明白指針必須先明白指針和內存之間的關係。在講內存和指針之間的關係以前先說下什麼是內存。

 先明白一個問題，什麼是內存？編程人員常說的內存指的是什麼？

​ 內存是電腦的一個硬件組成部分。從單片機的組成咱們能夠看到，CPU、內存和輸入輸出接口，就組成一個完整的電腦，其餘通通屬於外設。內存是能夠被CPU經過總線進行操做的，也就是與CPU之間有總線相鏈接的。電腦全部的輸入輸出，都是要從內存來實現的。內存包括只讀內存ROM和讀寫內存RAM，但在我的電腦（PC）中，咱們一般所說的內存，是指讀寫內存。

​ 程序人員常說的內存實際上是虛擬內存，程序直接操做的是虛擬內存而不是真正的物理內存。

納尼

程序都是操做的虛擬內存？ 那虛擬內存是個啥東西？

 這裏先給你們畫張C語言程序的內存佈局圖。關於進程和內存管理會在後面的文章講出來，記得微信搜索 龍躍十二 點關注。

內存佈局圖

 這個圖很好的描述了內存地址的佈局，指針變量裏面存放的地址也就是這個內存地址。順便說下啥是內存地址，用十六進制表示出來的一串數字編號(就比如你家的門牌號)，只是這個數字是給內存標號的。32位系統下這個編號是4byte(32個bit)表示的，64位系統下是8byte(64bit)表示的。(這個小問題面試會被問到的)

如何使用指針？

指針的聲明

int *p;
char *p1;
float *p2;
複製代碼

 聲明仍是很簡單，指針的類型 * 變量名便可聲明一個指針變量。

int num = 5;
int *p = #
複製代碼

 此時就是一個int類型的指針變量指向一個int變量，畫個圖解釋下。

 以很清楚的看到指針p存放着變量num的地址，咱們一般說指針p指向變量num，當p知道變量num以後，p就能夠對變量num爲非做歹了，好比

int main(){
    int num = 5;
    int *p = #
    printf("*p=%d,num=%d\n",*p,num);  //此時num的值就變爲5
    p+=1;
    printf("*p=%d\n",*p);    //此時p指向了哪裏？這句代碼會不會報錯？
} 
複製代碼

指針的大小和類型

 從上面的聲明實例能夠看到我定義了三種類型的指針，能夠看出指針是有類型的。這裏有同窗就有疑問了，不是存放內存地址的麼，內存地址不就是一串十六進制表示的數字麼(其實底層都是二進制)，哪來的什麼類型一說呢，爲何又須要類型呢？

 這個疑問很好，我當時學習的時候也是很疑惑。首先咱們明白了指針是一個存放地址的變量，明白這點還不夠還必須理解另一個問題就是

 字節（Byte）是用於計量存儲容量的一種單位，每個字節由8位組成（1Byte = 8bit）。地址能夠理解爲在一片內存中，每一個字節（Byte）的編號。

 因此不少人確定會明白了，指針存放的是一個變量的首個字節的地址，那麼問題來了。

int a = 5; 
int *p = &a;
複製代碼

 咱們聲明指針p指向變量a的地址，也就是說指針p裏面存放着變量a的首地址，在32位平臺下，int a 是4字節，指針去取a的值的時候找到的是a的首地址，那怎麼拿到變量a，聰明的同窗已經恍然大悟，是的，沒錯，因此咱們的指針須要類型的，編譯器去取指針指向的內容時候會根據指針的類型去取。畫個圖以下

 此刻我相信你對指針已經有了很高的理解了。指針的大小很好理解 就是存放地址的範圍，地址的範圍是操做系統地址線的根數決定，因此指針的大小是隨操做系統的尋址範圍決定的，通常32位系統地址總線也是32根，尋址範圍是2^32次方

 順便說下32位操做系統和64位操做系統的區別在哪裏，系統的位數表明運算能力，所謂32位就是能計算的字長是32位的，64位系統能計算的字長是64位。處理器的字長越大，說明它的運算能力越強。

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指針的操做符

 目前咱們已經瞭解到指針的解引用 *p 和 & 兩個操做符，下面將帶你瞭解更多的操做符。

操做符	名稱	含義
*p	解引用	取出指針對應的內容
->	指向	用來訪問指針引用的字段
+ & +=	加 和 加等	指針的加法
- & -=	減 和 減等	指針的減法
==	等於	比較兩個指針
!=	不等於	比較兩個指針
> &>=	大於 和 大於等於	比較兩個指針
< & <=	小於 和 小於等於	比較兩個指針

​  不知道還記不記得上面代碼中的這個例子。

 這裏使用到了兩個指針的操做符，*p 和 p+=1。重點說下p+=1，他表明的是p=p+1，p指針此時指向了num變量的最後一個字節的下一個地址，指向了一個未聲明的內容。不知道你們有沒有嘗試那句代碼會不會報錯？

 仍是要多練習一下的，說下結果，那句代碼不會報錯，會很順利的打印出一個內容。是否是好危險，這個內容明明不是你的，是的操做指針就是很危險，可是同時也會很靈活。（世界就是這樣子你獲得一些東西就會失去一些東西。此時你獲得了指針的高效，靈活，你就必須去平衡一些其餘問題。還有一個很明顯的例子，算法中經常面臨到時間和空間的平衡問題。）

 平時用到最多的是前面六個，含義上面表裏已經羅列，我重點介紹下+和-操做符。指針的＋1表明指針的位置移動指針對應大小個字節。看個圖，你們確定瞬間明白。

多級指針&多級指針的解引用

 看到這裏，我相信聰明的你們對一級指針有了很明確的認識了，接下來帶你們瞭解下多級指針和多級指針的解引用問題。不少人看到多級指針這就想放棄了，可是龍叔我就想說

 把握一個核心本質就是，指針就是地址，指針變量就是存放地址的變量 多級指針無非就是饒了幾個彎子，本質沒變的。例如

int num = 9;
int *p = #
int **sp = &p;
int ***ssp = &sp;
複製代碼

 沒錯吧，本質沒變的，就是饒了幾個彎子。因此學習這件事情必定要把握本質的東西，那些變着花樣也不過如此，豈能難道我輩。

 固然這只是舉例子，多級指針很明顯不是這種用法，這樣用符合邏輯，可是沒啥意義。看個多級指針的示例

int arr[3][3] = {{1,2,3},{4,5,6},{7,8,9}};
int **p = arr;
//此時要操做該二維數組，徹底可使用指針便可，不少時候減小了數據拷貝。
//在多維數組，字符串，複雜數據結構使用上，多使用指針，會減小不少數據拷貝。
複製代碼

 說到使用指針，減小數據拷貝，我就想到經歷的一個bug，差點線上癱瘓。

工做case

 寫了一個簡單的代碼，展現下僞代碼。

bool fun(string a,string b){
  //對a ,b字符串進行一通操做，邏輯徹底沒問題
}
複製代碼

 就這樣簡單的一個功能函數，寫完，本身測試ok，還讓同事review了代碼。徹底沒問題，大概十二點左右我發佈上線了，通常發佈以前會小流量灰度，發佈也是輪流上線，這些都ok。可是晚上九點多，我意外收到報警了，內存瞬間飆升95.7%，我沒有絲毫猶豫，我本身今天發佈代碼了，留了一臺機器現場，其餘立馬回滾，一通操做。老大跑過來一塊兒review代碼，觀察監控數據。老大仍是厲害，掃了一眼代碼，立馬發現問題，你這裏函數參數爲啥不使用引用或者const char* 類型，你把這個改了本身壓測下。

 錯誤很明顯，就是沒用指針致使函數參數數據拷貝，在晚上流量高峯的時候，內存被瞬間抽乾。這樣的例子看起來很簡單，咱們平常寫代碼時候可能不會太在乎，可是在處理高併發、強實時的問題上必定要慎重處理。

 今天就說到這裏吧，下一篇給你們講解指針的特性和指針的安全。

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