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正文开始
1.内存和地址
在这里，我们先提一下存储器的概念。在计算机中，存储器可以分为：
- 主存储器：又称主存、内存。用来存放计算机运行期间所需的程序和数据，CPU可以直接随机地对其进行访问。特点是容量小、存取速度快、造价高。
- 辅助存储器：又称辅存、外存。用来存放当前暂时不用的程序和数据，以及一些需要永久性保存的信息。外存的内容需要调入主存后才能被CPU访问。特点是容量大、存取速度慢、造价低。我们常见的硬盘就属于外存。
- 高速缓冲存储器：又称cache。位于主存和CPU之间，用来存放当前CPU经常使用的指令和数据，以便CPU能够高速地访问它们。特点是容量小、价格高。现代计算机一般将cache制作到CPU中。
可知，内存其实是电脑上的存储设备，程序在运行的过程中，需要向内存申请空间来使用。
我们可以举一个生活中的例子，在大学里，同一个专业的同学，一般是在同一栋宿舍楼中的。而在一栋宿舍楼中，有不同的房间号，比如：1楼有101、102、103...，2楼有201、202、203...，3楼有301、302、303...。如果你想找到你班上的某个同学，要是一层层楼，挨个房间去找，效率会非常低。但是，如果我们知道某个同学的地址，也就是所在宿舍的门牌号，就可以根据地址直接找到这个同学了。
如果把上面的例子推广到计算机中，是怎么样的呢？
我们知道，在计算机中，CPU处理数据的时候，所需的数据是从内存中读取的，处理后的数据也会放回到内存中。我们日常使用的电脑，有8G、16G、32G......，这些内存空间是如何高效管理的呢？
其实就是把内存划分为一个个的内存单元，每个单元的大小为1个字节，1个字节含有8个比特位，每个比特位可以存放1个二进制的0或1。
计算机中常见的单位如下：
- bit：比特位，简称位，缩写为b。是计算机中最小的存储单位，1bit表示1个二进制位（0或1）。
- Byte：字节，缩写为B。1Byte = 8bit。
- KB：千字节。1KB = 1024B， 即2的10次方B。
- MB：兆字节。1MB = 1024KB，即2的20次方B。
- GB：吉字节。1GB = 1024MB，即2的30次方B。
- TB：太字节。1TB = 1024GB，即2的40次方B。
- PB：拍字节。1PB = 1024TB， 即2的50次方B。
如上图，从下往上，给每一个内存单元编了号：0,1,2,3...，用16进制来表示。
每个内存单元，都有1个字节的空间，也就是8个比特位的空间，相当于1个宿舍里，有8个床位的空间。
每个内存单元，都有一个编号，相当于宿舍的门牌号。有了这个门牌号，就可以快速找到一个同学。有了这个内存单元的编号，CPU就可以快速找到一个内存空间。
生活中， 我们把门牌号也叫作地址。在计算机中，我们把内存单元的编号也叫地址。在C语言中，给地址起了新的名字：指针。
可以这样理解：在C语言中， 内存单元的编号 = 地址 = 指针，三种说法是一样的。
那么，我们怎么理解编址呢？
如上图，我们知道， CPU和内存之间，有大量的数据交互，为了实现这种交互，两者之间是用线连接起来的。
CPU是完成计算工作的，首先要从内存中读数据，计算完毕后，又将结果的数据写入内存。
这个过程是：首先，控制总线发出Read指令，然后CPU会给出一个地址，通过地址总线向内存传递一个地址信号，从内存中找到该空间，再将该空间中的数据通过数据总线传递给CPU。在CPU利用所读的数据进行计算，得出结果之后，控制总线发出Write指令，然后CPU给出一个写入地址，通过地址总线向内存传递有一个地址信号，在内存中找到该空间，把结果的数据写入这个空间中。
我们再来讨论一下编址：
CPU要访问内存中的某个字节空间，必须知道这个字节空间在内存中的什么位置， 而内存中有很多个字节，就需要给内存进行编址了。就好比，一栋楼中有很多个宿舍，需要给每个宿舍进行编号。
计算机中的编址，并不是把每个字节的地址记录下来，而是通过硬件设计完成的。
就好比，吉他上面没有写：哆、来、咪、发、梭、拉、西。但是演奏者也能准确找到每一个音所在的位置，这是为什么呢？因为制造商已经在乐器的硬件层面上设计好了，并且所有的演奏者也知道，本质上是一种约定的共识。硬件编址也是如此。
我们可以简单理解为：32位机器有32根地址总线，每根线只有2种状态，电脉冲的有无代表0和1。那么1根线能表达2种含义，2根线能表达4种含义，......，32根线能表达2的32次方种含义。每一种含义都代表一个地址。
地址信息被下达给内存，在内存中，通过硬件的设计，就可以直接找到该地址中对应的数据，这个数据再通过数据总线传给CPU内的寄存器。
2.指针变量和地址
2.1 取地址操作符（&）
在了解了内存和地址之后，我们回到C语言。在C语言中，创建1个变量，其实就是在向内存申请空间。比如：对于int a = 10;，实质就是，向内存申请4个字节的空间，把10存放进去。如下图：
如上，创建了整型变量a，向内存申请了4个字节的空间，用于存放整数10。
我们使用取地址操作符（&），取出了4个字节中地址较小的那个地址。在printf打印时，对应的占位符是%p。
int变量占4个字节，我们只要知道了第一个字节的地址，就可以顺藤摸瓜访问到剩下3个字节的数据，因为相邻地址之间相差1。
2.2 指针变量
刚刚，我们使用取地址操作符（&），取出了变量a的地址，如果我们想把这个地址存到一个变量里面去，该怎么操作呢？如下：
指针就是地址，指针变量是专门用来存放地址的变量。应该知道的是，上面的pa，在日常生活中，指针变量有时会被口头语叫做指针，而指针实际上是地址，而非变量。
对于int类型的变量a，它的地址存放在int*类型的pa中。那么举一反三，如果有一个char类型的变量c，它的地址应该存放在什么类型的指针变量中呢？如下：
2.3 解引用操作符（*）
指针变量是用来存放地址的，存起来的地址有啥用呢？当然是用来使用的，怎么使用呢？我们可以看下面的例子：
如上，变量pa中存放了变量a的地址。*pa的意思就是 ，通过pa中存放的地址，找到这个地址所指向的空间，也就是找到变量a。其实，*pa就是a，*pa=20这个操作就是把a改成了20。我们可以直接通过a=20来修改a的值，但是用指针来修改，就多了一种途径，写起代码来会更灵活，而且在某些情况下，指针是会起到它的作用的。
2.4 指针变量的大小
我们知道，各种类型的变量，都是有其大小的，比如：int的大小是4个字节，char的大小是1个字节。那么，指针变量的大小是多少呢？我们来看如下代码：
如上图，在x64环境，即64位环境下，int*和char*的长度都是8。在x86环境，即32位环境下，int*和char*的长度都是4。这是为什么呢？
在前面，我们提到过，对于32位机器，一般有32根地址总线，每根线传递的电信号转换成数字信号，是0或1。我们把32根地址线产生的二进制序列当做一个地址，那么地址在总线上传输的时候，长度就是32个bit位，即4个字节，在内存中存储时，和它传递时的长度是一样的，也是4个字节。
同理，对于64位机器，一般有64根地址总线，存储的地址就有64个bit位的空间， 也就是8个字节，在总线上传输和内存中存储的长度就是4个字节了。
结论：
- 32位平台下，地址是32个bit位，指针变量的大小是4个字节。
- 64位平台下，地址是64个bit位，指针变量的大小是8个字节。
- 指针变量的大小，与指针变量的类型无关。
3.指针变量类型的意义
刚刚我们发现，无论什么类型的指针变量，在相同的平台上，它的大小都是相同的，和类型没有关系。那么，指针变量的类型有什么意义呢？
3.1 指针的解引用
请看代码：
如上，在创建变量a之后，我们取a的地址，此时4个字节中依次存放着：44、33、22、11。
如上，在使用*pa修改a的值为0之后，内存中的4个字节全部被修改为0，呈现出：00、00、00、00、00。
在上面，我们是用int* pa来接受a的地址的，如果换成char*类型会怎么样呢？
如上，我们发现，如果指针变量pa的类型为char*，那么在执行*pa=0后，内存中只有第1个字节被修改为00，呈现出：00、33、22、11。
如上，运行结果显示，变量a的值确实没有修改为0，而是为第1个字节修改为0之后的结果。
其实，指针的类型决定了，在指针解引用的时候，一次能操作几个字节。
比如：char*的指针解引用就只能访问1个字节，而int*的指针解引用能访问4个字节。
我们还可以用下面的方式验证一下，pa由于是char*的类型，所以在打印的时候，也只能打印出第1个字节的内容，只有使用int*才能完整地打印出4个字节所表示的值。如下：
3.2 指针 + - 整数
请看代码：
如上，a、pa、pc的地址都是一样的，这当然应该一样。
但是，pa+1后， 地址增加了4，而pc+1后，地址只增加了1。
我们来看看图示：
结论：
- 指针的类型决定了指针向前或向后走一步，有多大（距离）。
- 指针+n，其实就是跳过n个指针所指向元素的长度。
- 指针可以+n，也可以-n。
3.3 void*指针
在前面我们已经了解到， 指针变量是有很多种类型的，比如：int*表示指针指向的是int类型的变量、char*表示指向char类型的变量、short*表示指向short类型的变量、double*表示指向double类型的变量......
其实，在指针类型中，有一种特殊的类型叫void*类型，可以理解为，无具体类型的指针（或泛型指针）。
void*指针可以接收任意类型的地址。
void*指针的局限性在于，不能直接进行指针的解引用操作和+-整数操作。
我们可以看到，void*指针可以接收不同类型的地址，但是无法直接进行指针运算。那么，void*指针到底有什么用呢？
一般，void*指针是在函数的参数部分使用的，用来接收不同类型的数据，这样的设计可以实现泛型编程的效果，使得一个函数可以处理多种类型的数据。
4.指针运算
指针的基本运算有3种，如下：
- 指针+-整数
- 指针-指针
- 指针的关系运算
4.1 指针 + - 整数
假如要遍历一个数组，打印出每一个元素，我们首先想到的可能是如下方法：
其实，我们还可以使用指针的方式来遍历数组。
我们知道，数组在内存中是连续存放的，只要知道了第一个元素的地址，就能顺藤摸瓜找到后面的所有元素。我们可以将首元素的地址存放在变量p中，*p访问的是第1个元素，*(p+1)访问的是第2个元素，*(p+2)访问的是第3个元素......循环下去，我们就能遍历数组了，请看下图：
当然了，我们也可以用指针实现倒序打印数组，把数组的尾元素地址交给指针变量p，*p访问的是倒数第一个元素，*(p-1)访问的是倒数第二个元素......循环下去即可，请看代码：
4.2 指针 - 指针
关于指针减去指针，我们要注意的是：
- 指针 - 指针的前提是：2个指针指向同一块空间。
- 指针 - 指针得到的是：2个指针之间的元素个数。
请看代码：
我们再来看看图示：
我们可以联想到前面所提到的指针 + - 整数：
那么，指针 - 指针有什么用呢？我们来看看它的应用：
如上，为了统计字符串中，\0之前的字符个数，我们使用了strlen这个库函数。那么，我们能不能不使用库函数，而是自己写一个函数，来统计字符个数呢？
我们先来看看指针+1的方式：
我们再来思考一下，用指针 - 指针的方式来解决这个问题。如果我们能够找到'\0'的指针，用'\0'的指针减去首元素的指针，就可以得到元素个数了。请看代码：
4.3 指针的关系运算
指针的关系运算，其实就是地址比较大小。我们知道，地址其实就是一种编号，是数值，当然可以比较大小了。
我们还是以遍历数组为例子：
完结