为什么指针被誉为 C 语言灵魂？作者|编程指北来源|编程指北

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作者 | 编程指北
来源 | 编程指北(id:cs_dev)
这一篇的文章主题是「指针与内存模型」
说到指针，就不可能脱离开内存，学会指针的人分为两种，一种是不了解内存模型，另外一种则是了解。
不了解的对指针的理解就停留在“指针就是变量的地址”这句话，会比较害怕使用指针，特别是各种高级操作。
而了解内存模型的则可以把指针用得炉火纯青，各种 byte 随意操作，让人直呼 666 。
这篇看完，相信你会对指针有一个新的认识，坐等打脸
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内存本质编程的本质其实就是操控数据，数据存放在内存中。
因此，如果能更好地理解内存的模型，以及 C 如何管理内存，就能对程序的工作原理洞若观火，从而使编程能力更上一层楼。
大家真的别认为这是空话，我大一整年都不敢用 C 写上千行的程序也很抗拒写 C 。
因为一旦上千行，经常出现各种莫名其妙的内存错误，一不小心就发生了 coredump...... 而且还无从排查，分析不出原因。
相比之下，那时候最喜欢 Java ，在 Java 里随便怎么写都不会发生类似的异常，顶多偶尔来个 PointerException ，也是比较好排查的。
直到后来对内存和指针有了更加深刻的认识，才慢慢会用 C 写上千行的项目，也很少会再有内存问题了。
「指针存储的是变量的内存地址」这句话应该任何讲 C 语言的书都会提到吧。
所以，要想彻底理解指针，首先要理解 C 语言中变量的存储本质，也就是内存。
1.1 内存编址计算机的内存是一块用于存储数据的空间，由一系列连续的存储单元组成，就像下面这样：
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每一个单元格都表示 1 个 Bit ，一个 bit 在 EE 专业的同学看来就是高低电位，而在 CS 同学看来就是 0、1 两种状态。
由于 1 个 bit 只能表示两个状态，所以大佬们规定 8个 bit 为一组，命名为 byte 。
并且将 byte 作为内存寻址的最小单元，也就是给每个 byte 一个编号，这个编号就叫内存的地址。
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这就相当于，我们给小区里的每个单元、每个住户都分配一个门牌号：301、302、403、404、501......
在生活中，我们需要保证门牌号唯一，这样就能通过门牌号很精准的定位到一家人。
同样，在计算机中，我们也要保证给每一个 byte 的编号都是唯一的，这样才能够保证每个编号都能访问到唯一确定的 byte 。
1.2 内存地址空间上面我们说给内存中每个 byte 唯一的编号，那么这个编号的范围就决定了计算机可寻址内存的范围。
所有编号连起来就叫做内存的地址空间，这和大家平时常说的电脑是 32 位还是 64 位有关。
早期 Intel 8086、8088 的 CPU 就是只支持 16 位地址空间，寄存器和地址总线都是 16 位，这意味着最多对 2^16 = 64 Kb 的内存编号寻址。
这点内存空间显然不够用，后来， 80286 在 8086 的基础上将地址总线和地址寄存器扩展到了20 位，也被叫做 A20 地址总线。
当时在写 mini os 的时候，还需要通过 BIOS 中断去启动 A20 地址总线的开关。
但是，现在的计算机一般都是 32 位起步了， 32 位意味着可寻址的内存范围是 2^32 byte = 4GB 。
所以，如果你的电脑是 32 位的，那么你装超过 4G 的内存条也是无法充分利用起来的。
好了，这就是内存和内存编址。
1.3 变量的本质有了内存，接下来我们需要考虑， int、double 这些变量是如何存储在 0、1 单元格的。
在 C 语言中我们会这样定义变量：
1int a = 999;2char c = 'c';
当你写下一个变量定义的时候，实际上是向内存申请了一块空间来存放你的变量。
我们都知道 int 类型占 4 个字节，并且在计算机中数字都是用补码（不了解补码的记得去百度）表示的。
999 换算成补码就是：0000 0011 1110 0111
这里有 4 个byte ，所以需要四个单元格来存储：
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有没有注意到，我们把高位的字节放在了低地址的地方。