内存数据的指针与指针变量

9.1　内存数据的指针与指针变量

为深刻理解指针的概念，必须弄清楚内存的概念以及数据在内存中是如何存储的，又是如何读取的。

我们都知道，在计算机的硬件构成中，主机是由运算器、控制器和存储器组成，前两者合在一起称为中央处理器，简称CPU。而存储器又分为内部存储器和外部存储器，简称内存和外存，所有数据只有存放在内存中计算机才能进行处理和运算。内存计量的基本单位是字节，它是进行分配和读取的最小单位，每个字节由8个二进制位（bit）组成，一个字节就是一个内存单元。整个内存空间是一维的，每个字节都有一个唯一的序号，称为内存单元的地址，比如对一个1MB的内存，其内存单元的地址分别为0，1，2，3……。

任何计算机程序只有存储在内存中才能被执行。操作系统要占用一些计算机内存空间，每个应用程序也要占用计算机内存空间。按照面向过程的结构化程序设计方法，程序代码和程序要处理的数据是分开存储的。所以，一个程序在内存中要占两部分存储空间：数据部分和指令代码部分。

此处只考察数据段在内存中的存储情况。当C程序中定义一个变量时，编译系统划分一定数目的存储单元来存储那个变量，存储单元的数目由变量的类型确定，例如，一般微机使用的C语言系统为整型变量分配2个字节，对实型变量分配4个字节，对字符型变量分配1个字节等，若变量分配的不是1个字节，此时以变量分配的第一个字节的地址作为该变量存储地址，这就是内存数据的指针，编译系统把这几个存储单元与变量名联系起来。如有一整型变量，变量名是n，值是999，占用的存储单元是3000和3001两个字节，则变量n的内存地址是3000。

一定要清楚变量的地址与变量的值不是一回事，变量的地址是由编译系统按一定规则进行分配的，一经分配就固定不变，变量的值在程序运行过程中是可以改变的，用户需要关心的是变量的当前值，而不必关心变量的地址，即变量存储单元。

当程序引用这个变量时，可通过变量名自动地访问相应的存储单元，当然程序也可以通过该变量的地址来访问这些存储器单元。按变量地址存取变量值的访问方式称为“直接访问”方式。如对上面提到的变量n，为了得到其值，可直接读出3000和3001两个字节的值即可，赋值语句n=456；将变量n的值改为456，系统只需把456写到3000和3001两个字节中即可。

在C语言中，可以定义一种特殊的变量，它是专门用来存放变量的存储单元的地址，称为指针变量。这样对变量的访问可以采用另一种称之为“间接访问”的方式，例如，我们可先定义一个存放整型变量的地址的指针变量n_prt，不妨设变量n_prt被分配在3086、3087字节，用语句n_prt=＆n；将上面的变量n的地址（3000）存放在n_prt中，这样就可以通过指针变量n_prt来访问变量n，即先通过变量n_prt的地址3086得到变量n_prt的值为3000，它就是地址，再访问3000单元的内容，如图9-1所示。

图9-1

如果要将变量n的值改为1234，则用赋值语句“n=1234”；和“*n_prt=1234”；的效果是一致的，前者是直接访问，而后者是间接访问。其中符号“＆”和“*”是两个重要的指针运算符“取地址”和“取值”运算符。

需要说明的是，指针类型是对所有类型的指针的总称，指针的类型是指针所指对象的数据类型。例如，n_prt是指向整型变量的指针，简称整型指针。除各种基本类型的指针外，允许定义指向数组的指针、指向函数的指针、指向结构体和共用体的指针以及指向各类指针的指针。在C语言中只有指针被允许用来存放地址的值，其他类型的变量只能存放该类型的数据。

严格来说，一个指针是一个地址，是一个常量。而一个指针变量却可以被赋予不同的指针值，是变量。但常把指针变量简称为指针。为了避免混淆，我们中约定：“指针”是指地址，是常量，“指针变量”是指取值为地址的变量。定义指针的目的是为了通过指针去访问内存单元。

既然指针变量的值是一个地址，那么这个地址不仅可以是变量的地址，也可以是其他数据结构的地址。在一个指针变量中存放一个数组或一个函数的首地址有何意义呢？因为数组或函数都是连续存放的。通过访问指针变量取得了数组或函数的首地址，也就找到了该数组或函数。这样一来，凡是出现数组、函数的地方都可以用一个指针变量来表示，只要在该指针变量中赋予数组或函数的首地址即可。这样做，将会使程序的概念十分清楚，程序本身也精练，高效。在C语言中，一种数据类型或数据结构往往都占有一组连续的内存单元。用“地址”这个概念并不能很好地描述一种数据类型或数据结构，而“指针”虽然实际上也是一个地址，但它却是一个数据结构的首地址，它是“指向”一个数据结构的，因而概念更为清楚，表示更为明确。这也是引入“指针”概念的一个重要原因。