C语言——指针篇(一)指针变量和普通变量的区别

前言：虽然经常使用C语言进行开发，但对于其指针的理解总还是有些模糊。在这里专门写篇博客记录下一些常见的指针问题。

指针变量与普通变量的区别：

首先，我们要树立一个概念–C中所有的变量名其实相当于一个地址的别名。这部分将地址和变量名联系起来的工作由编译器替我们完成，它在编译时候会生成一个对应的符号表。下面举一个例子来阐述二者之间的联系和区别。 假设我们现在编译运行代码的机器是32位机，那么变量的逻辑可寻址空间范围为0x0000_0000~0xFFFF_FFFF。存储字节序采用小端存储(即数据的高字节保存在低地址中)。 有如下代码：

char a;
int b;

分析可得变量a实际占1个字节存储大小，变量b此时占4个字节存储大小。再假设编译器给它们分配空间的起始地址是从0x5000_0000处开始。如下图所示，在编译成机器指令时，编译器会把程序运行时所有用到a的地方用地址0x5000_0000代替，并且a的大小为一个字节，所以把0x5000_0000装载到MAR(主存地址寄存器)，就会从内存中取出一个字节的数据送到MDR(主存数据寄存器)中。此时，a的内容才为0x0F;同理可得，当程序需要用到变量b进行计算时，首先将b对应的内存地址是0x5000_0001送到MAR,因为b的大小为4个字节，所以就从该地址中取出4个连续的字节内容送到MDR中，以供程序运算，此时b的内容是0x0102_0304。 当有如下代码时，情况发生了变化：

char *a;
int *b;

如下图所示，我们假设编译器给变量名分配地址时，变量a的关联地址是0x5000_000,变量b的关联地址是0x5000_0004(它们具体的对应地址可能会因为每次编译不同而对应不同)。这里值得注意的是，笔者曾经在以前的博客提到，指针变量的所指向的存储空间与它指向哪一种数据类型无关，而与当前的机器字长有关。在32位机中，指针变量的大小是4个字节。当程序运行需要变量a时，它开始执行以下几步： 1.它将a对应的0x5000_0000载入到MAR 2.指针类型在32位机中，占4个字节，所以它会从当前地址取出连续的4个字节送到MDR 3.由于编译器在编译阶段就会发现a是指针类型，所以她的指令应该是间接寻址方式，这时会把地址数据从MDR传送到MAR 4.这时才会用到a指向的是char类型这一点，从当前地址中取出一个字节，为0x0F 同理可以类推，只有在第二次把地址载入MAR时，取数才会与具体的指向的数据类型相关，第一次是指针类型时都为4个字节。

总结：指针和普通变量的区别在于 1）寻址方式不同： 普通变量采用直接寻址方式，只需要一次就可以从内存中取出需要的数据。而指针变量是间接寻址方式，且至少进行两次。值得注意的是，理论上，一维指针变量寻址两次，二维指针变量寻址三次…n维指针变量寻址n+1次，且n可以无限增加，但是实际上，不同的寻址方式比如两次寻址和三次寻址，是在设计之初就被编进指令集中的，指令码的限制使得大多数寻址控制在两到三次，也就是我们说的一维指针和二维指针，与其可类比的概念的有一维数组和二维数组，但它们又不完全相同，后续会接着说到。 2）存储空间不同： 在上述中，普通变量总共占用的空间为5个字节，而指针变量因为采用指针指向内存地址取值的方式，额外增加了两个指针地址的存储空间为13个字节。 3）操作方式不同 ： 对于普通变量，只允许修改它的内容；对于指针，可以修改指针变量的指向地址和该地址的内容。