C语言基础——认识C语言(五)

2023-03-30 00:00:00 变量 内存 地址 指针 结构
序文
欢迎阅读  霖海岛LHaisland  原创的C语言合集的第五篇文章，本文字数为3058字，全文阅读需要约10分钟。由于笔者能力有限，如有疏漏或错误的地方，希望读者朋友们不吝斧正，谢谢大家。
上篇文章地址：C语言基础——认识C语言(四)

本文我们将简单介绍指针与结构体。

十三、指针

1.地址

(1)生活中的地址

(2)内存地址

内存是电脑上特别重要的存储器，计算机中程序的运行都是在内存中进行的。所以为了有效地使用内存，就把内存划分成一个个小的内存单元，每个内存单元的大小是1个字节。为了能够有效的访问到内存的每个单元，就给内存单元进行了编号，这些编号被称为该内存单元的地 址。

变量是创建内存中的（在内存中分配空间的），每个内存单元都有地址，所以变量也是有地址的。

下面如图所示：

比如说这段代码int num =10;可以理解成为我们向内存申请4个字节(int)的空间来存放数值10，然后我们取出num的地址，因为num的大小是4个字节，每一个字节都有自己的地址，我们取出来的地址是个字节的地址(较小的地址)，然后以%p(以地址的形式打印)形式打印。这里我们对这段代码进行调试，启用内存窗口查看num的地址，得到了0x009dfbb8，这是num的地址。

它内存中的数据为0a 00 00 00，这又是什么意思呢？

十进制是用 0~9 十个数字来组成，八进制是由 0~7 八个数字组成，16进制由 0~9 a b c d e f 组成，其中a表示10，b表示11，以此类推f表示15。二进制由0和1组成。

因为4个字节等于32个比特位(bit)，所以对于数值10来说，二进制表达方式是这样的：



对于我们刚才看到的0a 00 00 00，只不过他是倒着存放的，至于为什么是倒着存放的，我们在未来的文章中会提到。

所以我们需要明白的事情很简单，就是数值10确确实实的被我们存放进了内存中；而且我们也了解了，%p是用来打印地址的。

那这里笔者引入一个新问题，那我们如何来存放地址呢？

是int p = #吗？我们稍后解释。

2.什么是指针

指针(Pointer)是C语言中的一个重要概念及其特点，也是掌握C语言比较困难的部分。指针也就是内存地址，指针变量是用来存放内存地址的变量，在同一CPU构架下，不同类型的指针变量所占用的存储单元长度是相同的，而存放数据的变量因数据的类型不同，所占用的存储空间长度也不同。有了指针以后，不仅可以对数据本身，也可以对存储数据的变量地址进行操作。——百度百科
在程序中，我们的数据都有其存储的地址。在程序每次的实际运行过程中，变量在物理内存中的存储位置不尽相同。不过，我们仍能够在编程时，通过一定的语句，来取得数据在内存中的地址。地址也是数据。存放地址所用的变量类型有一个特殊的名字，叫做“指针变量”，有时也简称做“指针”。——OI Wiki

指针是编程语言中的一类数据类型及其对象或变量（实体），用来表示或存储一个存储器地址，这个地址值直接指向存在该地址的对象的值。这个对象的值，可能代表另一个变量、结构、对象或函数。在计算机科学中，指针是一种简单形式的引用。指针有两种含义，一是作为数据类型，二是作为实体。前者如字符指针、浮点指针等等；后者如指针对象、指针变量（为对被引用类型的实体的引用）等。——维基百科

计算机系统的内存拥有大量的存储单元，每个存储单元的大小为1字节，为了便于管理，必须为每个存储单元编号，该编号就是存储单元的“地址”，每个存储单元拥有一个的地址。
通过以上的描述以及笔者的理解，指针的特点如下：
  • 指针是是一种数据类型。
  • 指针是内存中小单元的编号，也就是地址。
  • 平时我们所说的指针，通常指的是指针变量，是用来存放内存地址的变量。

所以我们上面留存的问题——如何存放地址？的答案就是指针变量。

比如我们存放之前num的地址可以这么写：

int*  p = #   这里的p就是指针变量。我们来分别分析一下他们都是什么：

int：说明p指向的对象是int(整形)类型的。

*：说明p是指针变量。

p：0x009dfbb8(存放的地址)——指针变量就是用来存放地址的。

在C语言基础——认识C语言(四)，我们介绍了单目操作符。

*p; 也就是解引用操作符，意思是通过p中存放的地址，找到p所指向的对象，*p就是p指向的对象。
由上面我们可以知道，p存放着num的地址，*p也就指向了num，也可以理解为*p=num。
这里我们举一个简单的例子：

这里我们让num=10，然后通过*p去改变num的值。结果如下：

所以我们确实通过指针寻到了地址进行解引用，然后找到了他所指向的num，把他在内存存储的值改掉了。

所以我们可以比较一下&和*这两个单目操作符，其实他们两个可以说是一对。

&：单目操作符，用来取得其操作对象的地址。

* ：单目操作符，与取址运算符&相反，* 用于当已经具有一个指针，代表访问指针所指向的内存空间，因此也被称为解引用操作符。

我们在这里简单总结一下：指针就是地址，指针变量是用来存放地址的。

在一般交流的情况，我们会说p是个指针，实则指的是p是一个指针变量。

3.指针变量的大小

这里的x86代表32位平台，x64代表64位平台。

结论：指针大小在32位平台是4个字节，64位平台是8个字节。

对于指针我们现在了解到这里即可，在未来的章节还会详细的分享。


十四、结构体

C语言提供了基本的数据结构，例如 char 、short 、int 、float....等类型，这些称为内置类型。

程序员可以使用结构体来封装一些属性，设计出新的类型，在C语言中称为结构体类型。

结构体(struct)是由一系列具有相同类型或不同类型的数据构成的数据集合，也叫结构。

1.定义结构体类型

结构体的格式如下：

struct　结构体名{         类型名1　成员名1;         类型名2　成员名2;         ……         类型名n　成员名n;};

示例：

struct Student    {        char name[20];  //名字        int age;        //年龄        char sex[5];    //性别        char id[15];    //学号    };

2.定义结构体变量

定好好结构体类型之后, 我们就可以利用我们定义的结构体类型来定义结构体变量。

格式： struct 结构体名 结构体变量名;

  • 先定义结构体类型，再定义变量：

 struct Student    {        char name[20];  //名字        int age;        //年龄        char sex[5];    //性别        char id[15];    //学号    };    struct Student stu;
  • 定义结构体类型的同时定义变量：
struct Student    {        char name[20];  //名字        int age;        //年龄        char sex[5];    //性别        char id[15];    //学号    }stu;
  • 匿名结构体定义结构体变量：

struct    {        char name[20];  //名字        int age;        //年龄        char sex[5];    //性别        char id[15];    //学号    }stu;

第三种方法与第二种方法的区别在于,第三种方法中省去了结构体类型名称,而直接给出结构变量,这种结构体大的问题是结构体类型不能复用。笔者更推荐前两种定义方法。

3.结构体成员访问
一般对结构体变量的操作是以成员为单位进行的，引用的一般形式为：结构体变量名.成员名。"."为结构成员访问操作符。
示例：
struct Student    {char name[20];  //名字int age;        //年龄char sex[5];    //性别char id[15];    //学号    };struct Student stu;stu.age=19;printf("%d",stu.age);//访问student中的age

我们还可以这么操作：

这里我们结合一下刚刚学的指针与函数，我们把stu的地址取出来，传递出去。

可以看到，结果是一样的。但是在12行这么写比较啰嗦。

我们还可以这样去写。

->操作符的使用方法：结构体指针变量->成员名

在未来的自定义类型详解章节中，笔者还会继续对结构体展开讲解，目前我们了解到这里即可。

至此我们已经对C语言有了一个比较全面的初步了解，章认识C语言到这里也就结束了。

下一章节——分支与循环结构，在这一章节中，笔者将依次分享——分支语句(if、case)、循环语句(while、for、do...while)、跳转语句(goto)，以及他们相关的详细内容。
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编辑：  霖海岛LHaisland

审核：            天天写bug

图文来源：  霖海岛LHaisland

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