指標(pointer)

###### tags: `MDCPP講義` # 指標(pointer) **Author: 謝侑哲** ---- 在計算機科學中，指標是一個讓電腦運行的核心技術 ---- 指標本身是一段小小的記憶體裡面**儲存了某個記憶體的位址** ---- 這是我們上次看過的硬碟圖片 ![](https://i.imgur.com/O0AxPx7.png) 可以想像指標就像右邊HDD上面的那根針 ---- 我們可以透過指標來確定我們的變數、陣列... 總之就是所有資料的位址，並利用這個位址取出我們的資料 ---- 先帶一點指標的概念不過我們在講指標之前，有些重要的東西要先提 --- ## 位元(bit) ---- 位元全名是Binary digit 至於甚麼是位元 ``01`` 這就是位元 ---- 我們常說程式就是010101組成的事實上也是如此沒錯 ---- 先來看看我們之前教到的變數是怎麼由01組出來的吧 ![](https://i.imgur.com/brhhaZ5.png =500x) ---- 首先看到整數的部分(這張圖有誤，應該不是32而是31) 可以看見int的範圍是$2^{31}+2^{31}=2^{32}$ ![](https://i.imgur.com/tb46mLz.png) 想想如果他有$2^{32}$種可能數字，我們透過01來排列組合需要用到多少個01才能表達所有數字呢答案顯然是$log_2(2^{32})=32$ 所以表達一個int所需的空間就是32個bit 這也就是怎麼用bit來表達整數的概念 ---- 不過我們這裡用一個C++裡面的sizeof函式看看這個函式可以告訴我們一個東西佔的記憶體大小是多少 ```cpp= int a; cout<<"int size= "<<sizeof(a)<<endl; ``` ```bash= int size= 4 ``` 4? 奇怪了不是應該是32嗎 ---- 這邊要帶出另外一個很重要的概念 ---- 位元組(byte) ---- 所謂位元組就是8個一組的bit ---- 在計算機科學上我們更常使用位元組byte 來表示，畢竟如果出現一些單個單個的垃圾bit可能會影響記憶體的存取也可以讓電腦先預留好一定的位置當我們遇到把一個變數從8(3bit)改成128(8bit)的時候就不用重新分配一次記憶體 ---- 所以說 ```cpp= int a; cout<<"int size= "<<sizeof(a)<<endl; ``` ```bash= int size= 4 ``` 這段程式碼所輸出的4其實是4個位元組，也就是32bit ---- ![](https://i.imgur.com/g1vyEI8.png =700x) ---- ![](https://i.imgur.com/aMWmR0s.png =700x) --- ## 記憶體位址 ---- 回到記憶體位址先來看看記憶體位址長怎樣 ---- ``0x00007fffffffe658`` 這是我隨便抓的一段記憶體位址我們一步步解析他 ---- ``0x00007fffffffe658`` 先看前面0x的部分這個0x是一種數學的表示方式代表後面的數字是16進制(hex) 其他也有像是二進制(binary)的表示開頭會用0b等等 ---- ``0x00007fffffffe658`` 這邊我們可以看到記憶體的數字總長度是16 前面講過他是16進制，所以她總共可表示的數字就是 $16^{16} = 2^{64}$ 是64bit，也就是8byte 所以我們可以看出指標的大小是8byte ---- 不過這個指標的大小在每台電腦上不一定一樣回顧一下之前講到的 ![](https://i.imgur.com/85JpzOx.png) 電腦有分32位元跟64位元剛剛提的指標是64位元電腦的指標，也是最常見的如果是32位元，則是只有4byte ---- 為了讓某些程式在64位元跟32位元都可以跑會保留一些兼容的操作像是乘法的時候，如果原本是4byte的數字當她產生進位到第5byte時會被丟到另一個區段，而不是塞成一個完整的5byte區段給指標否則在32位元的電腦會爆掉 ---- 現在了解了位元跟記憶體位址，讓我們進下一步吧 --- ## 指標 ---- 剛剛有講到指標是指向某個記憶體位址但他只向的是甚麼記憶體位址呢? ---- 指標通常指向的東西為一段記憶體的開頭 ![](https://i.imgur.com/wSDEhz0.png =650x) 像這樣，變數b的那段記憶體被指針指到的地方就是 0x0012FF74 ---- 另外有一個很毒瘤的地方假設存了3553145145這樣的數字換成16進位是比較好看 d3c8b139 那他的儲存方式會是這樣 ($16*16=2^8=1 byte$) 0x0012FF74 39 0x0012FF75 b1 0x0012FF76 c8 0x0012FF77 d3 這樣倒著一塊一塊存的 ---- 現在我們要來正式講指標在C++裡面怎麼寫拉 ---- ## C++裡的指標 ---- 先介紹兩個運算子 ---- 取址運算子(&) ---- 我們一般取變數的時候都是直接取得他的值 ```cpp= int a=1; cout<<a; ``` ```bash= 1 ``` ---- 不過實際上我們取得值的方式是先抓到他的記憶體位址在透過變數名稱取得記憶體位址用記憶體位址拿出他的數值不過為了方便，程式通常直接讓我們取得值 ---- 所以這裡要帶出變數有三個要素 int b=1; - 位址 0x0012FF74 - 值 1 - 名稱 b 所以實際的流程是名稱->位址->值 ---- 所謂取址運算子，就是取得變數位址的一個運算子他的符號是 & ---- 用法是這樣 ``` #include<bits/stdc++.h> using namespace std; signed main(){ int b=1; cout<<"位址 "<<&b<<endl; cout<<"值 "<<b<<endl; } ``` ```bash= 位址 0x61fe1c 值 1 ``` ---- 間接取值運算子(*) ---- 間接取值運算子就是取址運算址的相反可以從某個位址取得那個位址的值符號是 * ---- 用法是這樣 ``` #include<bits/stdc++.h> using namespace std; signed main(){ int b=1; cout<<"位址 "<<&b<<endl; cout<<"值 "<<*&b<<endl; } ``` ```bash= 位址 0x61fe1c 值 1 ``` ---- 另外指標這個東西是也可以宣告成一個變數的只不過會變成他的值存了一個指標的位址 ---- 看看變數三要素 - 位址 0x0012FF74 - 值 0x0012FF08 - 名稱 b ---- 看起來很奇怪，不過事實上這是完全可行的因為我們在記憶體中，所存的值都是一堆數字事實上並不具特別意義所以0x0012FF08也是可以當成一個int用重要的是我們透過甚麼方法去取他 ---- 用法是這樣 ``` #include<bits/stdc++.h> using namespace std; signed main(){ int b=1; int* b_pointer=&b; cout<<"位址 "<<b_pointer<<endl; cout<<"值 "<<*b_pointer<<endl; } ``` ```bash= 位址 0x61fe1c 值 1 ```

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