C語言中為什么要設計指針這個東西,這個東西的設計原理是什么,本來就是個很簡單的東西,小學生思維就夠了。還有,這些原理之類的,對于使用C來編程的人來說,也是必須完全了解的,了解的深度與你編程時的輕松度密切相關,所以,弄清這個對你很重要。
總有人在問指針是干什么用的,那我先說說我的理解:獲取某個數據所在單元的地址值,由此推算出其它數據所在單元的地址值,以用于找到這個數據所在的存儲位置。 計算機編程,可以說,基本就是對存于存儲器中的數據進行操作,這就牽扯到一個最重要的問題:你現在要操作的數據,存在哪個地方? 想要弄清這個問題,最根本的方法,是了解芯片的設計和工作基本原理與基本結構組成。當然,如果知道存儲器的大概結構,也算是有了一個基礎。這里我不講這么多,因為學單片機的人,基本的知識應該還是有的,不是那種不與硬件打交道的程序員,所以不需我多講。
C與匯編有兩個根本的區別,造成了C中指針的產生:一個是數據所存儲的地址是由C編輯器自動分配的,程序員沒自主權,所以一個數據存儲的地址,程序員是不知道的;二是C編程中所用到的數據的長度與存儲單元容量的不一致導致一個數據可能會占據數個存儲單元,由此造成數據存儲地址值的不連續,這個現象造成的原因在于,不管你是8位機、16位機還是其它位機,一個存儲單元的位數都是8位,這個是芯片設計就如此,原因自然主要是兼容問題而不得不做出的選擇。本段所述的現象,在下面的比喻之中會進行解釋。
用C語言編寫的程序,在程序運行中,你所要處理的數據存在哪,你是必須知道的,否則你找不到這個數據在哪,你的程序就沒法編下去了;如果你把數據所在的位置給弄錯了,那這個程序在運行中就得不到你想要的結果。
有關數據存在哪,及如何找到這個位置,我打如下一個比方: 我們知道,賓館的房間都是有編號的,而且是用數字來編寫的,很統一,一個房間一個編號;每個房間的大小都是一樣的,也就是說其容量是一樣的。賓館來了一家一家的,住哪間?賓館前臺來安排,一家人數少,可能就是一間,人數多了,可能就得幾間了,也就是說,同樣是一家,可能他只占據一個房間編號,也有可能占據數個房間編號(這就造成了地址編號的不連續),這個數據,只有前臺知道。如果你想去找到哪一家,你怎么找?你一個房間一個房間地去看單子也好看現場也好,都不是個辦法,一般情況下,每一家都是有個名字的,如張家、李家、王家、陳家等等的,你告訴前臺,前臺根據這個名字查一下,就會把這家的第一個房間的編號(首地址)給了你,而你在事先知道他們家人數及賓館每間房能住的人數的情況下,也就知道了他們家占幾間房。這個比方里,與C語言中的情況極其相似,就是存儲內容物的位置都是用統一數字編號來標識的,存儲內容的每一個單元(房間)的容量都是固定一致的,每一個(組)數據(一個家庭)都是有一個名字的,單個數據的長度(某個家庭人數)你事先是知道的,內容物的存儲位置分配是由他人分配而你事先是不知道的,其占據幾個存儲單元數量你是事先知道的。
同樣的原理,在C語言中,要找到一個數據的首地址,我們先要把這個數據的名字給編輯器(前臺),編輯器就會依據這個名字把這個數據存儲單元的首地址給你,這個動作,就是在這個數據的名字前面加一個“&”,其首地址值就出來了。 然后這里就又有了一個問題,這個查出的地址值,放在什么地方?賓館是可以將地址值寫在紙上,那計算機呢?它能放這個數據的地方,還是只有存儲器,當然,你也可以為存儲這些個地址而單獨在芯片中設計一個專門的區域,那你可以算是創新,但是,現有的芯片怎么辦?沒辦法,還是只能存于現有的存儲器之中,于是,C編輯器還得給一個房間(存儲單元)專門用于存儲這個地址值,然后,這個單元編號是多少?程序員又不知道了,因為又是編輯器自動分配的,所以,沒法,又得給這個取個名字以便查找利用,所以,在將要存入的內容存入之前,得先對要存入的內容進行定義(取名)一個變量,這樣我們以后就可以用名字直接找到這個內容了。
下面就談談C中有關獲取地址與使用地址的一些規則,有關這個概念的名詞,現有教材都稱之為指針,本人對這個名詞比較不感冒,這個名詞顯然沒能與“地址”一詞緊密聯系,于是不易理解不易記住(現有計算機教材中,類似槽點很多): 存放入單元的內容要要先取個名字,也就是所謂的定義(前面已經解釋過),這個因為指針變量的功能不同,所以定義變量名時,也要給出區別,讓編輯器知道這個變量的用途,也讓讀程序的人知道這個變量是用于存儲地址的,也就是所謂的指針變量。其進行區別的規則是變量名前面加一個“*”以示區別,如果不加會怎么樣?你照樣可以將取得的地址值存入其中,但是,你用這個變量去取這個地址所指向數據時,程序在編譯時就報錯了,這個現象,只是編輯器的硬性規定,也是有道理的。其實編輯器在分配指針變量在存儲器中的位置時,也沒做什么特殊處理,它與其它變量都是統一分配地址的,基本也是順序分配,誰先使用誰先排前面(不是誰先定義誰先排前面),一點也不特殊。
在使用指針來取得存儲單元中的數據時,C的規定也是在指針變量名前加一個“*”以示這個是用地址值來取得數據,如a=*p,它的含意是:P所表示的存儲單元中的數據,是一個地址值,a=*p就是把這個地址值所指向的單元中的數據送給a。其實吧,個人覺得這個“*”符號用得不好,改為“@”可能更讓人容易理解,這個“@”有“在”的意思,然后我們就可以理解為“把在這個p值所指向的單元中的值,把它給a”。如果是這樣,很多運算公式就很容易理解了,如@p++就是操作“在”p值為地址所指向的單元中的數據,這個具體操作就是將其加1,而p++就是p值加1個數據長度值以將p值變為下一個數據的地址值(不是地址值本身直接增加1,這個在后面再解釋),也就是說,只要在p前面加了@,那要操作的對象就并不是p本身,而是它所指向的單元,這個一定要牢記不是操作p本身,這樣你在編程時就不容易出錯了。
指針變量是可以直接賦一個常量值的,但是,這個值必須是你所要用到的單元的地址值,如果不是,程序編譯時不會報錯,但程序運行時肯定是亂了,也就是說,前提是你知道這個數據的絕對地址值。
接下來的一個問題,就是指針變量的長度,既然是表示地址,那它就是一個沒有負號的整數,其長度最長也就是存儲器地址值的長度,如51機的RAM,其地址就只有八位,所以,在定義時,它的指針長度也就一個單元,多了浪費。 還有一個規則,指針變量的加減運算,是與其所指向的數據的長度綁定的,這個是在編譯處理時用到的,意思是其盡管這個指針變量也是一個數據,但它在做加減運算時,例如p=p+1,并不是p值直接加1,而是加一個其所指向的數據的長度址,以直接變為下一個數據的首地址值,這個處理,并不是在程序運行中進行的,而是在編譯時進行的,所以指針變量在使用之前一定要先定義,定義之后,編輯器才會知道這個是個指針變量,然后這樣做處理。 還有一個教材中沒說清楚的問題,這個所謂的指針,到底是只針對RAM,還是包括ROM?這個有興趣的朋友可以研究一下,方法也不難。 以上所說,其實都可以用編輯器調試中的匯編窗口來證實。 以上純屬個人理解,如有錯誤與不當,萬請指出。
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