本系列分三篇，用破玩意的方式徹底理解好指針的本質(zhì)：

(相關(guān)資料圖)

你管這破玩意叫指針 -- 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，開始！

內(nèi)存，通常被嚴(yán)謹(jǐn)?shù)禺嫵上旅孢@個(gè)樣子，一個(gè)下方是低地址上方是高地址的格子樓。

但我今天換種畫法，畫成下面這個(gè)樣子。

每個(gè)格子代表內(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，我也直接用 10 進(jìn)制來表示了，免得 16 進(jìn)制又算不明白了。

目前內(nèi)存是完全空的，格子里沒有任何內(nèi)容。

試想一下，如果你忘掉所有的語法規(guī)則和編程規(guī)范，你會(huì)如何描述對(duì)這些內(nèi)存格子的操作呢？

一、類型系統(tǒng)

很簡單，往格子 3 處放個(gè)數(shù)字 29，往格子 6 處放個(gè)數(shù)字 38，就這么簡單直接地描述即可。

但是這樣說話太麻煩了，什么往格子 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$29,(3)mov$38,(6)

這就表示剛剛說的：

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

是不是太簡單了？別急，好戲馬上開始！

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，要么是無符號(hào)的 0 ~255，顯然數(shù)字 999 無法放在 1 個(gè)格子內(nèi)，只能占用 2 個(gè)格子了。

那也好辦，就這么說，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，還得表示占用了多少個(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，就分別可以這樣用指令來表示了：

movb$29,(3)movb$38,(6)movw$999,(8)

含義就是：

把數(shù)字29放入內(nèi)存格子3，占1個(gè)字節(jié)把數(shù)字38放入內(nèi)存格子6，占1個(gè)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)就被你悄悄設(shè)計(jì)出來了！當(dāng)然，雖然這只是個(gè)半成品。

二、變量

你不斷地往不同格子里放數(shù)據(jù)。

比如我把我的年齡放在 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)）。

現(xiàn)在我們的內(nèi)存已經(jīng)非常混亂了，你根本記不住原來的 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，只能通過看數(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？

增加一層抽象嘛！我們給這些放了我們數(shù)據(jù)的格子，都貼上個(gè)標(biāo)簽，就可以不用再記那些無意義的格子編號(hào)了。

這樣以來，其實(shí)我們也不再關(guān)心，這些標(biāo)簽到底在哪個(gè)格子里，只要給我找到格子把我的數(shù)據(jù)放進(jìn)去就可以了。

movb$29,amovb$38,bmovw$999,cmovb$18,agemovl$2147483647,salary

當(dāng)然，我還需要再通過這個(gè)標(biāo)簽，把我剛剛放進(jìn)去的數(shù)據(jù)找出來。

這很簡單，但存在一個(gè)問題，放進(jìn)去的時(shí)候，我們可以通過 movb，movw，movl 等知道占用多少個(gè)格子。而取出來的時(shí)候，標(biāo)簽上可沒有寫這個(gè)數(shù)據(jù)占用了多少個(gè)格子，這是有問題的。

因此，在定義這個(gè)標(biāo)簽時(shí)，不能光取個(gè)名字，還需要有個(gè)信息就是，這個(gè)標(biāo)簽對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，占了多少個(gè)格子。

我們就效仿剛剛的存放操作，也規(guī)定一系列單詞，來修飾這些標(biāo)簽，表示占用了多少個(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：

chara=29;charb=38;shortc=999;charage=18;intsalary=2147483647;

行了，我也別藏著掖著了，相信大家也知道，這里就是 C 語言的寫法，而剛剛那堆 mov 是匯編語言的寫法。

這些 char a，char b，int salary 等，就是變量！記住，變量不但要有名字，還得有類型！

三、變量定義與賦值

其實(shí)，剛剛的寫法，是把變量的定義與賦值操作寫在一行了。

比如有如下語句：

inta=1;

實(shí)際上是分成兩步的：

//變量的定義inta;//變量的賦值（此處也可以叫變量的初始化）a=1;

其中變量的定義是為了方便程序員后面去用它，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)據(jù)放進(jìn)去，這部分才真正涉及 CPU 具體指令的執(zhí)行。

也就是說，如果你僅僅定義了一個(gè)變量 int a; 但是沒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)定義根本就沒有任何體現(xiàn)。

四、指針

現(xiàn)在，讓我們把內(nèi)存清空，回到一開始的那一片凈土上。

我們來搞點(diǎn)花樣。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)變量 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，就是先通過 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 a 的內(nèi)存地址找到里面存的值，也就是我要找的密碼 1234。

我們可以用下面的代碼來表示剛剛的存放邏輯。

shorta=1234;//假設(shè)a被放在了6號(hào)格子處intp=6;

這里的 p 和 a 都是變量，只不過，p 這個(gè)變量有點(diǎn)特殊，它里面存放的值是一個(gè)內(nèi)存地址，我們把 p 這個(gè)變量形象地成為指針變量，簡稱指針。

不過，這樣有幾個(gè)問題，我一個(gè)個(gè)來說。

1. 取地址

首先，我們?cè)诰幋a階段，無法知道也無需知道變量 a 會(huì)存放在哪里，不然就失去了標(biāo)簽的含義，又回到了需要關(guān)心具體的內(nèi)存地址（也就是格子編號(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：

shorta=1234;//假設(shè)a的地址是6//那么下面的p就等于6intp=&a;

用圖來表示就是：

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)存地址的值。

如果讓程序員隨便規(guī)定這個(gè)變量 p 的數(shù)據(jù)類型（也就是占多少個(gè)字節(jié)），那顯然容易出問題。

比如內(nèi)存地址是 999，那么我用一個(gè) char 類型的變量 p 來存放它，就會(huì)有問題。

我們?cè)诰幋a階段是無法確定一個(gè)變量的內(nèi)存地址是多少的，所以用什么類型的變量來存放它，也是無法判斷的。

所以，最穩(wěn)妥的辦法就是，用一個(gè)完全能容納所有內(nèi)存地址范圍的變量類型來存放指針變量。

我們姑且認(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)大小的變量來存放，就可以了。（當(dāng)然，實(shí)際上這取決于你的編譯器的位數(shù)）

現(xiàn)在，我們的指針變量所占用的內(nèi)存大小，就是固定的 4 個(gè)字節(jié)，也就是 4 個(gè)格子。

程序員無需也無法修改這個(gè)大小，那么我們就可以把 p 前面的數(shù)據(jù)類型去掉了。

shorta=1234;p=&a;

3. 指針變量的類型

剛剛我們解決了指針變量本身所占用的內(nèi)存大小，但是還有一個(gè)問題沒有解決，就是指針變量里存放的內(nèi)存地址處的變量的大小。

也就是說，上面的指針變量 p 里雖然存放了變量 a 的內(nèi)存地址 6，但是指針變量 p 卻沒有任何信息，來說明內(nèi)存地址 6 處的變量，它的大小是多少。

假如，我們認(rèn)為內(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)，那么顯然，會(huì)取出一個(gè)不符合預(yù)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)值上可能沒有問題，但從某種程度上講也是不太符合預(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，必須得完全按照變量本身的類型，也就是 short 類型來讀取此內(nèi)存地址處的值，才是正確的。

那我們應(yīng)該如何表示這個(gè)信息呢？即如何表示，變量 p 是一個(gè)指針，且這個(gè)指針里面存放的內(nèi)存地址處的變量的類型是 short。

很好辦，直接說答案吧。

shorta=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，是個(gè) short 類型的變量。

當(dāng)然，更準(zhǔn)確的說法是，指針 p 將會(huì)按照 short 類型的變量來讀取它指向的內(nèi)存，至于那里到底是什么，無所謂。

注意哦，這個(gè) short 并不是表示指針變量本身的大小占 2 個(gè)字節(jié)，指針變量本身我們前面說過了，就是固定的 4 字節(jié)大小。

不過總是這樣說太繞口了，今后我們就說，變量 p 是個(gè) short * 類型的指針，就可以了。

用上面的圖形象地說就是，右邊變量 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"解讀"內(nèi)存地址 6 處的數(shù)值。

兩者相匹配了，就是"正確"的編程代碼了。

當(dāng)然，這里的"正確"，是說給程序員聽的，CPU 才不關(guān)心。

4. 指針?biāo)赶虻闹?/p>

上面我們已經(jīng)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，比如定義一個(gè) short * 類型的指針變量 p：

short*p;

并且，我們通過直接賦值操作，可以給指針變量進(jìn)行初始化：

p=&a;

當(dāng)然，上面的代碼也可以連起來寫，即指針變量 p 的定義與初始化寫在同一行：

short*p=&a;

不過，我們還沒有一個(gè)方法，來表示指針變量 p 所指向的那塊內(nèi)存。

那我們就發(fā)明一個(gè)，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 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)存地址來看，指向這個(gè)內(nèi)存地址。

用圖表示就是：

所以連起來一個(gè)完整的程序就是：

shorta=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)行過后，a 的值會(huì)變成 999，或者說 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：

inta=1;intb=a+1;

那顯然，b 的值應(yīng)該是 2，毫無疑問。

但是如果對(duì)一個(gè)指針變量 +1，會(huì)怎么樣呢？

inta=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，就只盯著 p 的值看，顯然，一開始的時(shí)候是 1。

（為方便演示，下面的圖直接表示 p 所指向的內(nèi)存地址，而不是 p 本身所在的內(nèi)存地址）

我們先不考慮，p + 1 應(yīng)該是幾，如果讓你來設(shè)計(jì)這個(gè)語言，你覺得 p + 1 是幾比較好呢？

我認(rèn)為，只有兩種較為合理的設(shè)計(jì)。

第一種，p + 1 就等于 2，就簡簡單單當(dāng)做數(shù)值進(jìn)行加法運(yùn)算而已。

第二種，p + 1 等于 5，即跨過一個(gè) p 所指向的內(nèi)存單元的數(shù)據(jù)類型的大小，也就是 4 字節(jié)的 int。

你覺得那種比較合理呢？

那顯然是第二種嘛！不然和普通變量有啥區(qū)別了，你既然設(shè)計(jì)出了指針變量這個(gè)玩意，就需要讓它發(fā)揮點(diǎn)方便程序員的作用，這才是你設(shè)計(jì)它的真正目的。

當(dāng)然你不服，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？

很簡單，分成三步就好了：

第一步，把 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 語言項(xiàng)目中經(jīng)常使用這樣的玩法。

當(dāng)然，你這一頓花里胡哨的操作，在 CPU 眼里，就是對(duì)一個(gè)內(nèi)存地址處的值簡簡單單地 +1 而已。

五、指針的本質(zhì)

我們看上面的一張圖：

其實(shí)，別看上面又 short * p 又 short a 的，這是給程序員和編譯器看的。

在 CPU 眼里，根本沒有這些眼花繚亂的標(biāo)簽，以及五花八門的解讀，就是 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)就只是 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，再結(jié)合大端序還是小端序來看哈，我這里就是簡單直觀告訴大家 CPU 才不管那么多，就一個(gè)格子一個(gè)格子的放數(shù)字就完事了）

所以，我們經(jīng)常聽書上講，讓大家一定要記住，指針變量中只能存放地址，不要將一個(gè)整數(shù)或任何其他非地址類型的數(shù)據(jù)賦給一個(gè)指針變量了。

這種說法就非常別扭，很多書上，即想講清楚指針的本質(zhì)，又想講清楚指針的注意事項(xiàng)，混雜在一起，讓讀者即沒有搞清楚指針的本質(zhì)，又不知道指針的注意事項(xiàng)。

真糾結(jié)！

說實(shí)話，就光看書而沒有經(jīng)過大量 C 語言的實(shí)踐，誰能記得住或者理解透徹那些注意事項(xiàng)。而經(jīng)過大量 C 語言實(shí)踐的人，指針早就融入進(jìn)血液中了，誰還來看你講指針的本質(zhì)？所以說，這塊我覺得非常之矛盾。

實(shí)際上，指針變量的本質(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)指針本身的大小固定 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，誰說不能把一個(gè)整型變量賦給指針了，我這不就把一個(gè)整型變量 xxx 賦給指針 p 了么，我賦值的時(shí)候就說它是整型變量了，怎么的吧？

但是我用它的時(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？

用代碼來表示就是：

我強(qiáng)行把一個(gè)整型數(shù)值 6 賦值給指針變量 p，然后 *p 去訪問內(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)普通變量：

inta=1;intb=&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)，但沒關(guān)系，我們可以先把普通變量 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，先 & 取地址，再 * 取值，雖然沒啥用：

*((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，最后到人家 CPU 眼里，就是一條簡單的指令：

movl$999,(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)該怎么編譯成最終的指令。

你寫了個(gè) *p，就是把 p 的值當(dāng)做內(nèi)存地址去訪問，在匯編語言層面就是加了個(gè)括號(hào)：

(p)

你寫了個(gè) &a，就是取出變量 a 的內(nèi)存地址，在匯編語言層面就是 lea 指令：

leaa,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)到真正的匯編語言，我會(huì)在后續(xù)的章節(jié)中講述，直接從匯編語言理解指針，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)指針就是個(gè)工具人而已。

六、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)和變量的作用，進(jìn)而再引出本質(zhì)上和普通變量沒有任何區(qū)別的指針變量，最后再推導(dǎo)出指針變量相關(guān)的操作，帶你看清了指針的本質(zhì)。

你不要去記本文的知識(shí)點(diǎn)，重在整個(gè)推導(dǎo)的過程，要去理解指針想解決的問題是什么，它的合理性在哪，哪一部分信息是給程序員和編譯器看的，哪一部分操作最終又是真正落實(shí)到 CPU 指令的，這些才是關(guān)鍵。

當(dāng)然，我還是給你簡單總結(jié)下知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的部分，其實(shí)簡單說，就這么幾件事。

定義一個(gè)指針：

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)組才有價(jià)值）：

p=p+1;

完事，就這些！

最后，給大家推薦兩個(gè)網(wǎng)站。

一個(gè)是可以將 C 語言代碼實(shí)時(shí)編譯成匯編代碼，你可以用它來自己玩指針做實(shí)驗(yàn)，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)各種語法和作用講述的非常清楚，不要再用百度搜博客了。

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始化：

我相信本文看下來，一定有人想問，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)束了，在接下來的進(jìn)階篇里，我會(huì)講述二級(jí)指針、數(shù)組、函數(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。

雖然說是進(jìn)階篇，但我認(rèn)為，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磺?，下面的所謂指針進(jìn)階玩法，都可以通過指針的本質(zhì)以及語言設(shè)計(jì)的合理性，推導(dǎo)出來，再往后無非是需要花時(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！

敬請(qǐng)期待：

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