内存和地址

内存

在讲 内存和地址 之前，我们想有个生活中的案例：

假设有⼀栋宿舍楼，把你放在楼里，楼上有100个房间，但是房间没有编号，你的⼀个朋友来找你玩，

如果想找到你，就得挨个房子去找，这样效率很低，但是我们如果根据楼层和楼层的房间的情况，给每个房间编上号，

有了 房间号 ，如果你的朋友得到房间号，就可以快速的找房间，找到你。

如果把上面的例子对照到计算中，又是怎么样呢？

我们知道计算上 CPU（中央处理器） 在处理数据的时候，需要的 数据是在内存中读取 的，处理后的数据也会放回内存中，那我们买电脑的时候，电脑上内存是8GB/16GB/32GB等，那这些内存空间如何 高效的管理 呢？

其实也是把内存划分为 一个个的内存单元 ，每个内存单元的大小取 1个字节

计算机中常见的单位（补充）：

其中，每个 内存单元 ，相当于一个 学生宿舍 ，一个人字节空间里面能放 8个比特位 ，就好比同学们住的 八人间 ，每个人是⼀个比特位。

每个内存单元也都有一个 编号 （这个编号就相当于宿舍房间的门牌号），有了这个内存单元的编号，CPU就可以 快速 找到⼀个内存空间。

生活中我们把门牌号也叫地址，在计算机中我们把 内存单元的编号 也称为 地址 。C语言中给地址起了新的名字叫： 指针

所以我们可以理解为：

内存单元的编号 == 地址 == 指针

如何理解编址

硬件与硬件之间是互相独立的，那么如何通信呢？答案很简单， 用"线"连起来 。

而CPU和内存之间也是有大量的 数据交互 的，所以，两者必须也用线连起来。

不过，我们今天关心一组线，叫做 地址总线 。

我们可以简单理解， 32位机器有32根地址总线 ，每根线只有 两态 ，表示0,1【电脉冲有无】，那么一根线，就能表示2种含义，2根线就能表示4种含义，依次类推。 32根地址线，就能表示 2^32种含义， 每一种含义都代表一个地址。

指针变量和地址

取地址操作符（&）

理解了内存和地址的关系，我们再回到C语言，在C语言中创建变量其实就是向内存申请空间

比如，上述的代码就是创建了整型变量a，内存中申请4个字节，用于存放整数10，其中每个字节都有地址，

上图中4个字节的地址分别是：

0x006FFD70

0x006FFD71

0x006FFD72

0x006FFD73

那我们如何能得到a的地址呢？

这里就得学习⼀个操作符(&)-取地址操作符

按照我画图的例子，会打印处理：006FFD70

&a 取出的是a所占4个字节中 地址较小的字节的地址 。

虽然整型变量占用4个字节，我们只要知道了 第一个字节地址 ， 顺藤摸瓜访问 到4个字节的数据也是可行的。

指针变量和解引用操作符（*）

指针变量

那我们通过 取地址操作符(&)拿到的地址 是⼀个数值，比如：0x006FFD70，这个数值有时候也是需要存储起来，方便后期再使用的，那我们把这样的 地址值存放 在哪里呢？

答案是： 指针变量 中。

指针变量也是一种变量，这种变量就是用来存放地址的，存放在指针变量中的值都会理解为地址。

如何拆解指针类型

我们看到pa的类型是 int* ，我们该如何理解指针的类型呢？

这里pa左边写的是 int* ， * 是在说明pa是 指针变量 ，而前面的 int 是在说明pa指向的是 整型(int) 类型的对象 。

解引用操作符

我们将地址保存起来，未来是要使用的，那怎么使用呢？

在现实生活中，我们 使用地址要找到⼀个房间 ，在房间里可以拿去或者存放物品。

C语言中其实也是⼀样的，我们只要拿到了地址（指针），就可以 通过地址（指针）找到地址（指针）指向的对象 ，这里必须学习一个操作符叫 解引用操作符(*) 。

上面代码中第7行就使用了解引用操作符， *pa 的意思就是通过pa中存放的地址，找到指向的空间，*pa其实就是a变量了；所以*pa = 0，这个操作符是把a改成了0.

有同学肯定在想 ，这里如果目的就是把a改成0的话，写成 a = 0; 不就完了，为啥 非要使用指针呢？

其实这里是把a的修改交给了pa来操作，这样 对a的修改 ，就多了一种的途径， 写代码就会更加灵活 ，后期慢慢就能理解了。

指针变量的大小

前面的内容我们了解到， 32位机器假设有32根地址总线 ，每根地址线出来的电信号转换成数字信号后是1或者0，那我们把32根地址线产生的2进制序列当做⼀个地址， 那么一个地址就是32个bit位，需要4个字节才能存储 。

如果指针变量是用来存放地址的，那么指针变量的大小就得是4个字节的空间才可以。

同理64位机器 ，假设有64根地址线，⼀个地址就是64个二进制位组成的二进制序列，存储起来就需要8个字节的空间， 指针变量的大小就是8个字节 。

指针变量类型的意义

指针变量的大小和类型无关，只要是指针变量，在同一个平台下，大小都是一样的，为什么还要有各种各样的指针类型呢？

其实 指针类型是有特殊意义的 ，我们接下来继续学习

指针的解引用

对比，下面2段代码，主要在调试时观察内存的变化

调试我们可以看到，代码1会将n的4个字节全部改为0，但是代码2只是将n的第⼀个字节改为0。

结论：指针的类型决定了，对指针解引用的时候有多大的权限 （一次能操作几个字节）

比如： char* 的指针解引用就只能访问一个字节，而 int* 的指针的解引用就能访问四个字节

指针+-整数

我们可以看出， char* 类型的指针变量 +1跳过1个字节 ， int* 类型的指针变量+ 1跳过了4个字节 。

这就是指针变量的类型差异带来的变化。

结论： 指针的类型 决定了指针 向前或者向后走一步有多大 （距离）。

void* 指针

在指针类型中有⼀种特殊的类型是 void* 类型的，可以理解为 无具体类型的指针 （或者叫泛型指针），这种类型的指针可以用来 接受任意类型地址 。但是也有局限性， void* 类型的指针 不能 直接进行 指针的+-整数和解引用 的运算。

在上面的代码中，将⼀个int类型的变量的地址赋值给⼀个char*类型的指针变量。编译器给出了一个警告（如下图），是因为 类型不兼容 。而使用 void*类型就不会 有这样的问题。

使用void*类型的指针接收地址：

 

这里我们可以看到， void* 类型的指针可以接收不同类型的地址，但是 无法直接进行指针运算。

那么 void* 类型的指针到底 有什么用 呢？

一般 void* 类型的指针是使用在 函数参数的部分 ，用来接收不同类型数据的地址，这样的设计可以实现 泛型编程的效果 。使得一个函数来处理多种类型的数据。