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【C语言基础】Chap. 4. 初识指针和结构体

news 来源：原创 2024/5/7 22:03:27

1. 指针

了解指针前，首先要明确内存的定义：内存是电脑上重要的存储器，计算机中所有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，大多数现代计算机都把内存分割成一个个小的内存单元。

而为了能够有效地访问到内存的每个单元，计算机又给内存单元进行了编号，以与其他内存单元进行区分，这些编号就被称为该内存单元的地址（address）。

此时就引出两个问题：

内存是怎么编号的？

答：计算机的32位和64位实际上指的是该计算机地址线的根数，它们的通电与否分别代表1和0，这就是把电信号转换成数字信息——二进制序列。以32位为例，其能够产生的如总共有2的32次方个的序列，就可以作为内存单元的编号（地址）。如下：

00000000000000000000000000000000
...
00000000000000001111111111111111
...
11111111111111111111111111111111

2.一个内存单元是多大空间？
答：每个内存单元的大小是1个字节，即8个比特。

在C语言中添加数据（如变量）时，会给对象分配空间（内存单元），而想要访问这个对象的地址，就需要利用取地址运算符&获取其地址——第一个字节的地址。示例：

int a = 10; //a在内存中要分配空间，int类型为4个字节
printf("%p\n", &a); //%p 是专门用来打印地址的
int* pa = &a;

这段代码中的变量pa是用来存放地址的，在C语言中被称为指针变量（pointer variable），也可以叫指针（pointer）。

（但指针实际上是一个抽象概念，大部分情况下既可以指指针变量，也可以指地址，如果一时无法理解，最好在使用中逐渐领会，而不要强行下定义。）

对于这个指针变量，我们会说：pa“指向”a。

声明它时int后的*说明其是指针变量，而int说明pa指向的对象是int类型的。

指针变量的声明可以和其他变量一起进行：

int a, b, arr[5], * p;

并且，指针是可以传递的，将上面的pa的值赋给另一个指针变量，它们将同时指向a：

int* pb;
pb = pa;

获取地址后就能够通过解引用操作符*，来访问地址，对该对象进行操作：

int a = 10;
int* pa = &a;
*pa = 20; //*pa就是通过存储在pa里面的地址找到a
printf("%d\n", a); //20

因为pa指向a，所以也可以说*pa是a的别名。

*pa不仅值与a相同，实际上本质也相同。对*pa的改变也会产生对a的改变。

其实倒不如说，改变*pa就是改变a，这一点要千万注意。

而指针变量本身的大小是多少呢？

printf("%d\n", sizeof(char*)); //4 或 8
printf("%d\n", sizeof(short*)); //4 或 8
printf("%d\n", sizeof(int*)); //4 或 8
printf("%d\n", sizeof(long*)); //4 或 8
printf("%d\n", sizeof(long long*)); //4 或 8
printf("%d\n", sizeof(float*)); //4 或 8
printf("%d\n", sizeof(double*)); //4 或 8

实际上，指针的大小是相同的，因为指针是用来存放地址的，指针需要多大空间，取决于地址的存储需要多大空间——即4或8取决于是32位平台还是64位平台。

2. 结构体

结构体（Struct）也叫结构，是C语言的重要知识点，它使得C语言有能力描述复杂类型。

如果有学过JavaScript或其他某些语言，会发现结构体与对象、记录等的概念十分相似，它是可能具有不同类型的值的集合，这些值被称为结构体的成员。

当我们需要存储一组相关数据项，而且这些数据的类型不完全相同时，结构体是理想的选择。

简单示例：

//模拟一个学生的简单结构体，Stu是student的缩写
struct Stu
{
    //成员变量
    char name[20];
    int age;
    double score;
};

int main()
{
    struct Stu s = { "张三", 20, 85.5 }; //结构体的创建和初始化
    
    //读取方式1：结构体变量.成员变量
    printf("1：%s %d %lf\n", s.name, s.age, s.score);
    
    struct Stu* ps = &s; //结构体类型的指针
    
    //读取方式2：结构体指针解引用.成员变量名
    printf("2：%s %d %lf\n", (*ps).name, (*ps).age, (*ps).score);
    
    //读取方式3：结构体指针->成员变量名
    printf("3：%s %d %lf\n", ps->name, ps->age, ps->score);
    
    //以上三种读取方式的结果都是 张三 20 85.500000
    
    return 0;
}

注：每个结构体代表一个新的作用域，因此在这个作用域里声明的名字都不会和程序中的其他名字冲突。C语言表述为：每个结构体都为它的成员设置了独立的命名空间（name space）。