C语言指针（1）嵌入式linux

计算机中所有的数据都必须放在内存中，不同类型的数据占用的字节数不一样，例如 int占用4个字节，char 占用1个字节。为了正确地访问这些数据，必须为每个字节都编上号码，就像门牌号、身份证号一样，每个字节的编号是唯一的，根据编号可以准确地找到某个字节。

我们将内存中字节的编号称为地址（Address）或指针（Pointer）。地址从 0 开始依次增加，对于 32 位环境，程序能够使用的内存为 4GB，最小的地址为 0，最大的地址为 0XFFFFFFFF。

#include <stdio.h>

int main()

{

int a = 100;

char str[20] ="hello";

printf("%#X, %#X\n",&a, str);

return 0;

}

运行结果：

0X28FF3C, 0X28FF10

%#X表示以十六进制形式输出，并附带前缀0X。a是一个变量，用来存放整数，需要在前面加&来获得它的地址；str本身就表示字符串的首地址，不需要加&。

C语言用变量来存储数据，用函数来定义一段可以重复使用的代码，它们最终都要放到内存中才能供 CPU 使用。

数据和代码都以二进制的形式存储在内存中，计算机无法从格式上区分某块内存到底存储的是数据还是代码。当程序被加载到内存后，操作系统会给不同的内存块指定不同的权限，拥有读取和执行权限的内存块就是代码，而拥有读取和写入权限（也可能只有读取权限）的内存块就是数据。CPU只能通过地址来取得内存中的代码和数据，程序在执行过程中会告知 CPU 要执行的代码以及要读写的数据的地址。如果程序不小心出错，或者开发者有意为之，在 CPU 要写入数据时给它一个代码区域的地址，就会发生内存访问错误。这种内存访问错误会被硬件和操作系统拦截，强制程序崩溃，程序员没有挽救的机会。CPU访问内存时需要的是地址，而不是变量名和函数名！变量名和函数名只是地址的一种助记符，当源文件被编译和链接成可执行程序后，它们都会被替换成地址。编译和链接过程的一项重要任务就是找到这些名称所对应的地址。假设变量 a、b、c 在内存中的地址分别是 0X1000、0X2000、0X3000，那么加法运算c = a + b;将会被转换成类似下面的形式：

0X3000 = (0X1000) + (0X2000);

( )表示取值操作，整个表达式的意思是，取出地址 0X1000 和 0X2000 上的值，将它们相加，把相加的结果赋值给地址为 0X3000 的内存变量名和函数名为我们提供了方便，让我们在编写代码的过程中可以使用易于阅读和理解的英文字符串，不用直接面对二进制地址，那场景简直让人崩溃。需要注意的是，虽然变量名、函数名、字符串名和数组名在本质上是一样的，它们都是地址的助记符，但在编写代码的过程中，我们认为变量名表示的是数据本身，而函数名、字符串名和数组名表示的是代码块或数据块的首地址。数据在内存中的地址也称为指针，如果一个变量存储了一份数据的指针，我们就称它为指针变量。在C语言中，允许用一个变量来存放指针，这种变量称为指针变量。指针变量的值就是某份数据的地址，这样的一份数据可以是数组、字符串、函数，也可以是另外的一个普通变量或指针变量。现在假设有一个 char 类型的变量 c，它存储了字符 'K'（ASCII码为十进制数 75），并占用了地址为 0X11A 的内存（地址通常用十六进制表示）。另外有一个指针变量 p，它的值为 0X11A，正好等于变量 c 的地址，这种情况我们就称 p 指向了 c，或者说 p 是指向变量 c 的指针。

定义指针变量与定义普通变量非常类似，不过要在变量名前面加星号*，格式为：

数据类型 *变量名;

数据类型 *变量名 = 值 ;

*表示这是一个指针变量，数据类型表示该指针变量所指向的数据的类型。例如：

int *p1;

p1 是一个指向 int 类型数据的指针变量，至于 p1 究竟指向哪一份数据，应该由赋予它的值决定。再如：

int a = 100;

int *p_a = &a;

在定义指针变量 p_a 的同时对它进行初始化，并将变量 a 的地址赋予它，此时 p_a 就指向了 a。值得注意的是，p_a 需要的是一个地址，a 前面必须要加取地址符&，否则是不对的。

和普通变量一样，指针变量也可以被多次写入，只要你想，随时都能够改变指针变量的值，请看下面的代码：

//定义普通变量

float a = 99.5, b = 10.6;

char c = '@', d = '#';

//定义指针变量

float *p1 = &a;

char *p2 = &c;

//修改指针变量的值

p1 = &b;

p2 = &d;

*是一个特殊符号，表明一个变量是指针变量，定义 p1、p2 时必须带*。而给 p1、p2 赋值时，因为已经知道了它是一个指针变量，就没必要多此一举再带上*，后边可以像使用普通变量一样来使用指针变量。也就是说，定义指针变量时必须带*，给指针变量赋值时不能带*。

假设变量 a、b、c、d 的地址分别为0X1000、0X1004、0X2000、0X2004，下面的示意图很好地反映了 p1、p2 指向的变化：

需要强调的是，p1、p2 的类型分别是float*和char*，而不是float和char，它们是完全不同的数据类型，要引起注意。

指针变量存储了数据的地址，通过指针变量能够获得该地址上的数据，格式为：

*pointer;

这里的*称为指针运算符，用来取得某个地址上的数据，请看下面的例子：

#include <stdio.h>

int main()

{

int a = 15;

int *p = &a;

printf("%d, %d\n", a,*p); //两种方式都可以输出a的值

return 0;

}

运行结果：

15, 15

*p 代表的是 a 中的数据，它等价于 a，可以将另外的一份数据赋值给它，也可以将它赋值给另外的一个变量。

*在不同的场景下有不同的作用：*可以用在指针变量的定义中，表明这是一个指针变量，以和普通变量区分开；使用指针变量时在前面加*表示获取指针指向的数据，或者说表示的是指针指向的数据本身。

也就是说，定义指针变量时的*和使用指针变量时的*意义完全不同。以下面的语句为例：

int *p = &a;

*p = 100;

第1行代码中*用来指明 p是一个指针变量，第2行代码中*用来获取指针指向的数据。

需要注意的是，给指针变量本身赋值时不能加*。修改上面的语句：

int *p;

p = &a;

*p = 100;

第2行代码中的 p前面就不能加*。

指针变量也可以出现在普通变量能出现的任何表达式中，例如：

int x = 10;

int y = 20;

int *px = &x;

int *py = &y;

y = *px + 5; //表示把x的内容加5并赋给y，*px+5相当于(*px)+5

y = ++*px; //px的内容加上1之后赋给y，++*px相当于++(*px)

y = *px++; //相当于y=*(px++)

py = px; //把一个指针的值赋给另一个指针

指针变量保存的是地址，本质上是一个整数，可以进行部分运算，例如加法、减法、比较等，请看下面的代码：

#include <stdio.h>

int main()

{

int a = 10, *pa = &a, *paa = &a;

double b = 99.9, *pb = &b;

char c = '@', *pc = &c;

//最初的值

printf("&a=%#X,&b=%#X, &c=%#X\n", &a, &b, &c);

printf("pa=%#X, pb=%#X,pc=%#X\n", pa, pb, pc);

//加法运算

pa++; pb++; pc++;

printf("pa=%#X, pb=%#X,pc=%#X\n", pa, pb, pc);

//减法运算

pa -= 2; pb -= 2; pc -= 2;

printf("pa=%#X, pb=%#X,pc=%#X\n", pa, pb, pc);

//比较运算

if(pa == paa){

printf("%d\n",*paa);

}else{

printf("%d\n",*pa);

}

return 0;

}

运行结果：

&a=0X28FF44, &b=0X28FF30, &c=0X28FF2B

pa=0X28FF44, pb=0X28FF30, pc=0X28FF2B

pa=0X28FF48, pb=0X28FF38, pc=0X28FF2C

pa=0X28FF40, pb=0X28FF28, pc=0X28FF2A

2686784

从运算结果可以看出：pa、pb、pc每次加 1，它们的地址分别增加 4、8、1，正好是int、double、char类型的长度；减 2 时，地址分别减少 8、16、2，正好是 int、double、char类型长度的 2 倍。

这很奇怪，指针变量加减运算的结果跟数据类型的长度有关，而不是简单地加 1或减 1，这是为什么呢？

以 a和pa为例，a 的类型为 int，占用 4个字节，pa 是指向 a 的指针，如下图所示：

刚开始的时候，pa 指向 a 的开头，通过 *pa 读取数据时，从 pa 指向的位置向后移动 4 个字节，把这 4 个字节的内容作为要获取的数据，这 4 个字节也正好是变量 a 占用的内存。

这个时候 pa 指向整数 a 的中间，*pa 使用的是红色虚线画出的 4 个字节，其中前 3 个是变量 a 的，后面 1 个是其它数据的，把它们“搅和”在一起显然没有实际的意义，取得的数据也会非常怪异。

如果pa++;使得地址加 4的话，正好能够完全跳过整数 a，指向它后面的内存，如下图所示：

我们知道，数组中的所有元素在内存中是连续排列的，如果一个指针指向了数组中的某个元素，那么加 1就表示指向下一个元素，减 1就表示指向上一个元素，这样指针的加减运算就具有了现实的意义。

不过C语言并没有规定变量的存储方式，如果连续定义多个变量，它们有可能是挨着的，也有可能是分散的，这取决于变量的类型、编译器的实现以及具体的编译模式，所以对于指向普通变量的指针，我们往往不进行加减运算，虽然编译器并不会报错，但这样做没有意义，因为不知道它后面指向的是什么数据。

下面的例子是一个反面教材，警告不要尝试通过指针获取下一个变量的地址：

#include <stdio.h>

int main(){

int a = 1, b = 2, c = 3;

int *p = &c;

int i;

for(i=0; i<8; i++){

printf("%d, ",*(p+i) );

}

return 0;

}

在VS2010 Debug 模式下的运行结果为：

3, -858993460, -858993460, 2, -858993460, -858993460, 1, -858993460,

可以发现，变量 a、b、c并不挨着，它们中间还参杂了别的辅助数据。

指针变量除了可以参与加减运算，还可以参与比较运算。当对指针变量进行比较运算时，比较的是指针变量本身的值，也就是数据的地址。如果地址相等，那么两个指针就指向同一份数据，否则就指向不同的数据。

上面的代码（第一个例子）在比较pa 和 paa 的值时，pa 已经指向了 a的上一份数据，所以它们不相等。而 a 的上一份数据又不知道是什么，所以会导致 printf()输出一个没有意义的数，这正好印证了上面的观点，不要对指向普通变量的指针进行加减运算。

另外需要说明的是，不能对指针变量进行乘法、除法、取余等其他运算，除了会发生语法错误，也没有实际的含义。

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