1. 内存和地址

摘要：本文系统讲解了C语言中指针的核心概念与应用。首先从计算机内存管理基础入手，解释了内存单元、地址与虚拟地址空间的关系。接着详细介绍了指针变量的创建、初始化、解引用操作以及指针类型对内存访问的影响。文章深入探讨了指针运算的三种形式（指针±整数、指针-指针、关系运算），并通过数组访问实例展示指针的实际应用。最后分析了传值调用与传址调用的本质区别，以及二级指针的概念与使用场景。全文结合丰富的图示和代码示例，帮助读者建立完整的指针知识体系。

我们知道计算机上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。

常见的⼀台电脑上内存是 8GB/16GB/32GB 等，那这些内存空间如何⾼效的管理呢？
我们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，然后给每⼀个内存单元⼀个编号，就类似于房间编号。

注意上⾯我们是为了⽅便讲解，对真实的内存访问进⾏了简化的，实际上我们编写的运⾏在X86架构的计算机上的C语⾔程序，是不会直接访问物理内存的。
程序运⾏时为变量分配的地址，在程序调试过程中，我们看到的地址都是虚拟地址；虚拟地址不是物理地址。虚拟地址是虚拟地址空间中的地址。
虚拟地址空间可以看作操作系统为每个程序提供的⼀个“假想的、独占的、连续的内存空间”。
程序中的虚拟地址，会由CPU的内存管理单元(MMU)映射到物理内存中，其实程序最终还是会访问物理内存的。这个由虚拟地址换成物理地址的过程，暂时我们不需要关⼼，学习到操作系统的知识，慢慢再理解就可以了。


2. 指针变量和地址
2.1 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：


2.2 指针变量
2.2.1 指针变量和初始化
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。
这里我们创建一个变量pa,存放a的地址。pa是用来存放地址的变量，而地址又叫指针，所以该变量又叫指针变量。
a的类型是int ,而pa的类型是int * pa。
有时候我们创建了⼀个指针变量，但是暂时不需要指向变量，可以使⽤ NULL 来初始化， NULL 是C语⾔中定义的⼀个标识符常量，值是0，0也是地址，这个地址是⽆法使⽤的，读写该地址会报错。⼀个指针变量被初始化为 NULL ，意思就是这个指针变量暂时不指向任何有效的内存位置，等后续使
⽤的时候，可以给赋值新的地址。


2.2.3 解引⽤操作符
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。
程序中我们将地址保存起来，未来是要使⽤的，那怎么使⽤呢？
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( * )。

2.3 指针变量的⼤⼩
C语⾔标准并未规定指针变量的⻓度，我们现在分别在VS2026的，X86和X64环境下测试：

其实指针变量的⼤⼩是取决于数据模型的，下⾯列出了常⻅的4个数据模型：
数据模型指的是在特定操作系统、CPU 架构和 ABI（应⽤程序⼆进制接⼝）下，C/C++ 等语⾔中基本
整数类型（ short 、 int 、 long 、 long long ）以及指针类型的具体位宽（字节数） 的约定。

指针变量是用来存放地址的，地址的存放需要多大空间，指针变量长度就多大

3. 指针类型的意义
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？


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。

指针 +1 ，其实跳过 1 个指针指向的元素，所以指针 +n ，就是跳过 n 个指针指向的元素。

指针可以 +n ，那也可以 -n 。
结论：指针的类型决定了指针向前或者向后⾛⼀步⾛多⼤（距离）。
指针±整数，让指针可以在内存中向前或者向后移动，这就为使⽤指针访问内存打好了基础。
3.3 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。*

void* pa 无具体类型，所以解引用不知道访问几个字节。
真的要使用可以这样：
((int)pa) = 100;
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，在后期的课程中我们会再次讲解。

这里我们重申指针学习的目的：用指针来管理内容
1 读取内存数据
2 数据写入内存

4. 指针运算
   指针的基本运算有三种，分别是：
   指针± 整数
   指针-指针
   指针的关系运算
   4.1 指针± 整数
   4.1.1 指针访问⼀维数组
   因为数组在内存中是连续存放的，只要知道第⼀个元素的地址，顺藤摸⽠就能找到后⾯的所有元素。
   
   
   4.2 指针 - 指针
   4.2.1 为什么会有指针-指针
   ⽇期1 + 天数 = ⽇期2
   ⽇期2 + 天数 = ⽇期1
   ⽇期2 - ⽇期1 = 天数
   和⽇期运算的道理⼀样，指针也可以进⾏类似的运算
   指针1 + 整数n = 指针2 (向后跳过n个元素后的地址)
   指针2 - 整数n = 指针1 （向前跳过n个元素后的地址)
   指针2 - 指针1 = 整数n (指针1 - 指针2 = -n)
   指针 - 指针 结果的绝对值是两个指针之间元素的个数。
   两个指针相减运算的前提是两个指针指向同⼀块内存空间，否则计算没有意义。

4.3 指针的关系运算
地址的本质还是数值，数值是可以⽐较⼤⼩的，所以也就满⾜关系运算。
这次我们重新改造⼀下前⾯写过的指针访问⼀维数组的代码，因为数组的元素的地址随着下标的增⻓在不断地变⼤的，所以 &arr[0] < &arr[sz] 的，所以我们就可以使⽤指针的关系运算来换⼀种⽅式来实现。

5. 传值调⽤和传址调用
学习指针的⽬的是使⽤指针解决问题，那什么问题，⾮指针不可呢？


我们发现在main函数内部，创建了a和b，a的地址是0x00cffdd0，b的地址是0x00cffdc4，在调⽤Swap1函数时，将a和b传递给了Swap1函数，在Swap1函数内部创建了形参x和y接收a和b的值，但是x的地址是0x00cffcec，y的地址是0x00cffcf0，x和y确实接收到了a和b的值，不过x的地址和a的地址不⼀样，y的地址和b的地址不⼀样，相当于x和y是独⽴的空间，那么在Swap1函数内部交换x和y的值，⾃然不会影响a和b，当Swap1函数调⽤结束后回到main函数，a和b的没法交换。
Swap1函数在使⽤的时候，是把变量本⾝直接传递给了函数，这种调⽤函数的⽅式叫传值调⽤。我们在学习函数时编写的函数基本都是传值调⽤。
那怎么办呢？
我们现在要解决的就是当调⽤Swap函数的时候，Swap函数内部操作的就是main函数中的a和b，直接
将a和b的值交换了。那么就可以使⽤指针了，在main函数中将a和b的地址传递给Swap函数，Swap函数⾥边通过地址间接的操作main函数中的a和b，并达到交换的效果就好了。


6. ⼆级指针
指针变量也是变量，是变量就有地址，那指针变量的地址存放在哪⾥？
这就是 ⼆级指针 。