内存和地址

内存

在将内存和地址时我们先举一个生活中的例子：
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，如：

⼀楼：101，102，103...
⼆楼：201，202，203...

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。

我们的姓名也是一样，如果没有姓名那么想去快速的找到一个不认识的人还是很难的

因此可见在一些情况下有编号可以提高办事的效率

我们知道内存是储存数据的，当我们需要计算这些数据时会用到CPU（中央处理器），CPU在需要用到数据时会在内存中读取，然后处理过后的数据也会放回内存
我们在买电脑时经常会看到8GB/16GB/32GB…那这些内存空间如何高效的管理呢？
其实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字节
下面补充一下计算机的常见单位

bit - ⽐特位     1byte = 8bit
byte - 字节      1KB = 1024byte
KB               1MB = 1024KB
MB               1GB = 1024MB
GB               1TB = 1024GB
TB               1PB = 1024TB
PB

其中，每个内存单元，相当于一个学生宿舍，一个字节空间里面能放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：
内存单元的编号是地址也是指针
内存储存的方式如图

编址的理解

CPU访问内存中的某个字节空间，必须知道这个字节空间在内存的什么位置，而因为内存中字节很多，所以需要给内存进行编址(就如同宿舍很多，需要给宿舍编号⼀样)。

计算机中的编址，并不是把每个字节的地址记录下来，而是通过硬件设计完成的

计算机内是有很多的硬件单元，而硬件单元是要互相协同工作的。所谓的协同，至少相互之间要能够进行数据传递。但是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。
地址信息被下达给内存，在内存上，就可以找到该地址对应的数据，将数据在通过数据总线传入CPU内寄存器。

所以在x86环境下char * 的指针变量和int*指针变量都是4个字节
在32位的机器上有32跟地址线，因此地址线上传输过来的电信号转换成数字信号，得到32个0/1组成的额外序列就是地址
而在x64环境下就有64个地址线，因此地址就是64个0/1组成的二进制序列，要存放这样的地址，就需要8个字节

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：

#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 10;
return 0;
}

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# const修饰指针

#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 10;
&a;//取出a的地址
printf("%p\n", &a);
return 0;
}

按照上图图的例子，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

#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 10;
int* pa = &a;//取出a的地址并存储到指针变量pa中
return 0;
}

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？

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

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
类似的如果有一个char类型的变量ch，ch的地址，要放在什么类型的指针变量中呢？

char ch = 'w';
char *pc = &ch;

解引用操作符

当我们将地址保存在指针变量后，我们要怎么使用呢？由于只保存了地址，因此我们需要根据地址找到对应的数据。而如何找到对应的数据就需要用到解引用操作符（*）。

 #include <stdio.h>int main()
{
int a = 100;
int* pa = &a;
*pa = 0;
return 0;
}

*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
但是这里有一个疑问就是为什么要用指针来修改变量呢？为什么不直接a=0,？
其实在某些情况下，用指针会更加方便，比如：

我们可以看出打印的a值和b值不同，原因在于我们传的方式不同，一个传入了地址，一个没有传入，没有传入地址的b即使在函数中被修改，出了函数也无法保留修改的值，而传入地址的a，被修改后是可以保留的。
举个例子（例子可能不是很好，但差不多就是那个意思）：你有一个房子在装修，装修后房子的地址没有变，但是房子却变了

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，指针变的大小就是8个字节


结论：
• 32位平台下地址是32个bit位，指针变量大小是4个字节
• 64位平台下地址是64个bit位，指针变量大小是8个字节
• 注意指针变量的大小和类型是无关的，只要指针类型的变量，在相同的平台下，大小都是相同的

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

指针的解引用

//代码1
#include <stdio.h>
int main()
{
int n = 0x11223344;
int *pi = &n;
*pi = 0;
return 0;
}
//代码2
#include <stdio.h>
int main()
{
int n = 0x11223344;
char *pc = (char *)&n;
*pc = 0;
return 0;
}

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

#include <stdio.h>
int main()
{
int n = 10;
char *pc = (char*)&n;
int *pi = &n;
printf("%p\n", &n);
printf("%p\n", pc);
printf("%p\n", pc+1);
printf("%p\n", pi);
printf("%p\n", pi+1);
return 0;
}

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）

const修饰指针

const修饰变量

变量是可以修改的，如果把变量的地址交给一个指针变量，通过指针变量的也可以修改这个变量。
但是如果我们希望一个变量加上一些限制，不能被修改，怎么做呢？这就是const的作用

#include <stdio.h>
int main()
{
int m = 0;
m = 20;//m是可以修改的
const int n = 0；
n = 20;//n是不能被修改的
return 0;
}

上述代码中n是不能被修改的，其实n本质是变量，只不过被const修饰后，在语法上加了限制，只要我们在代码中对n就行修改，就不符合语法规则，就报错，致使没法直接修改n。但是如果我们绕过n，使用n的地址，去修改n就能做到了

#include <stdio.h>
int main()
{
const int n = 0;
printf("n = %d\n", n);
int*p = &n;
*p = 20;
printf("n = %d\n", n);
return 0;
}

我们可以看到这里一个确实修改了，但是我们还是要思考一下，为什么n要被const修饰呢？就是为了不能被修改，如果p拿到n的地址就能修改n，这样就打破了const的限制，这是不合理的，所以应该让p拿到n的地址也不能修改n

const修饰指针变量

#include <stdio.h>
//代码1
void test1()
{
int n = 10;
int m = 20;
int *p = &n;
*p = 20;
p = &m; 
}
void test2()
{
//代码2
int n = 10;
int m = 20;
const int* p = &n;
*p = 20;   x
p = &m; 
}
void test3()
{
int n = 10;
int m = 20;
int *const p = &n;
*p = 20; 
p = &m;    x
}
void test4()
{
int n = 10;
int m = 20;
int const * const p = &n;
*p = 20;   x
p = &m;    x
}
int main()
{
//测试⽆const修饰的情况
test1();
//测试const放在*的左边情况
test2();
//测试const放在*的右边情况
test3();
//测试*的左右两边都有const
test4();
return 0;
}

结论：const修饰指针变量的时候
• const如果放在*的左边，修饰的是指针指向的内容，保证指针指向的内容不能通过指针来改变。但是指针变量本身的内容可变。
• const如果放在 * 的右边，修饰的是指针变量本身，保证了指针变量的内容不能修改，但是指针指向的内容，可以通过指针改变。