c指针详解（1）--- 变量、函数在内存中是什么样的？

内存是什么样的/如何存储数据
应用程序的内存区段图

内存是什么样的/如何存储数据：计算机的内存一般是一个字节就对应一个地址，按字节寻址

单位介绍：

• 字节(Byte)，是计算机常用的一个单位
• 位(bit)，1个字节是8位，位只有0和1两种表示(二进制)

如下：

前面的是内存地址(随便举例的), 后面的一个个方块，我们就看成是一个个的内存单元，大小都是一字节。

在计算机的世界里，其实只有0和1，内存存储的数据也是由0和1组成的，比方说，我有一个int a = 259的例子，我们声明了一个整数变量a，并将其初始化为259，那么它在内存中是怎么工作的呢？

• 分配空间：我们声明了一个整数变量，计算机会为这个变量分配内存，因为整数是4个字节，而每个块是1个字节，所以需要分配4个块，我们这里分配的是208-211这四个块
  
  
• 存放数据：然后我们将259赋值给a，因为计算机使用的是二进制，所以我们要先将259转化成二进制，即00000000 00000000 00000001 00000011(一个字节是8位，所以整数4个字节就是32位)，然后依次放到分配的内存块中

如下：

代码片段1：

    int *p = &a;    // 声明了一个整型指针变量，也是4字节，假设指针分配的内存是214-217
    printf("整型指针的大小: %d\n", sizeof(int *));     // sizeof可以用来计算占用的字节数
    printf("指针p的地址: %d\n", &p);
    printf("指针p的值: %d\n", p);
    printf("变量a的地址: %d\n", &a);
    printf("指针p所指向的地址的值: %d\n", *p);

基于我所假设的内存分配，运行以上代码，指针p的分配地址&p是214，指针p的值是208，&a是208，指针p所指向的地址的值是259

我们可以发现指针p的值与a的地址是一样的，这就形成了一种指向性的关系，我们就可以通过操纵指针，从而操纵内存地址

代码片段2：

    char *p = &a;   // 声明了一个char类型的指针变量，大小是1字节
    ...

在这段代码中，我们将指针从整型改成字符型，还是指向变量a，p的值是什么呢?
让我们分析一下，由于p是字符型指针，只占用1个字节，也就只能存储一个字节的数据，此时p的值是208(变量a的首地址)，p的值就是3，也就是00000011(a的首地址存储的数据)
进一步，对指针做移动操作：p=208，p+1=209，p+2=210，p+3=211

由上表这个对照关系，我们很容易就能看出，*p=00000011(2进制)=3(十进制)，其他的同理

比较代码片段1和2，相信你能够更好的理解指针与内存的关系

在多补充一些关于指针偏移的细节:

• 比如int *p = &a;, 指针p指向的就是基址(起始地址)，p+n中的这个n就是偏移量
• 对于偏移量，我们要注意到它是一个相对于指针类型的量。比如说:
  char *p = &a;，p=208，那么p+1=209
  int *p = &a;，p=208，但p+1=212
  造成这种差别的原因是因为指针的类型所占用的字节数不同，char占用1个字节，所以偏移量与字节比就是1:1；int占用4个字节，所以偏移量与字节比就是1:4
  所以在指针偏移操作中，一定要区分偏移量与具体偏移字节量

应用程序的内存区段图: 当我们运行c语言程序时，实际上是运行一个可执行文件(.exe文件)，也可以叫做一个应用程序。计算机会为这个应用程序分配内存，也就是内存区段图，其实就是一张用来划分区域的图。

如下：

Heap：堆区或者叫动态内存区，程序中动态分配的内存来自这里
Stack：栈区，可以叫函数栈，存放的是函数调用、局部变量等
Static/Global：用来存放全局变量和静态变量，变量会一直存活直至程序结束
Code(Text)：用来存放指令，其实就是我们写的代码(不过是二进制形式)

这里我们先着重于Stack的情况。
Stack存放的是函数的调用以及函数生成的局部变量等，具体看以下代码

代码片段3：

int add(int a, int b)
{
    int c;
    c = a + b;
    return c;
}

int main()
{
    int x = 1;
    int y = 2;
    int z;
    z = add(x, y);
    return 0;
}

程序执行后，我们会有一个栈区用来存储函数调用，首先我们进入入口函数main，计算机会分配200-230的内存给main函数，用来存储局部变量等，把这部分内存压入栈中，如下：

此时main函数处于运行状态，当main函数运行到z = add(x, y);时，暂停main函数，调用add函数，计算机会分配240-280的内存给add函数，并把这部分内存压入栈中，如下：

此时add函数处于运行状态，当add函数结束后，计算机会清除分配给它的内存，并将其从stack中弹出，如下：

此时main函数恢复运行状态，顺利执行完后，计算机同样清除分配给它的内存，然后将其从stack中弹出

以上就是一个简单的函数调用过程，在函数调用过程中，stack中的每个元素(栈帧)都是分配给函数的内存，只有栈顶的函数处于运行态。

这里的main叫做主调函数(主动调用)，add叫做被调函数(被调用)。

让我们分析下这个过程中的细节：

• 参数的传递过程：结合上面add和main的图，我们可以很清楚的看到，xyzabc这6个变量都是处于不同的内存地址中，所以在z = add(x, y);中，我们仅仅是将xy的值赋给ab，相当于拷贝一份，事实上他们是不同的变量，在add函数中改变阿ab的值并不会影响xy，因为他们身处不同的内存地址，这是显而易见的。而这也就是值传递(拷贝)。

与值传递相对应的就是引用传递了，而这就是将指针作为参数，指针操纵内存地址的本领就可以让我们实现真正的引用了，而不是拷贝，我这里就不在赘述了，大家可以自己画一画。

• 局部变量的生命周期：还是结合上面的图，我们可以看到，在stack区中，对于每一个函数中的变量来说，函数的存活时间就是局部变量的存活时间
  
  
  好啦，本篇文章的内容到这里就结束了，希望对大家有所帮助！