C/C++培训
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很多编程语言都以 “没有指针” 作为自己的优势来宣传,然而,对于C语言,指针却是与生俱来的。那么,什么是指针,为什么大家都想避开指针。很简单, 指针就是地址,当一个地址作为一个变量存在时,它就被叫做指针,该变量的类型,自然就是指针类型。
指针的作用就是,给出一个指针,取出该指针指向地址处的值。为了理解本质,我们从计算机模型说起。宏观看来,计算机可以分为两类:
存储-执行计算机
这类机器典型的例子就是我们平时使用的计算机,有一个CPU,有一个内存,CPU仅包含运算逻辑,所有的指令和数据都在内存中,内存仅供存储,不包含任何运算组件。
现场编程计算机。
这类机器的典型例子就是ASCI电路,FPGA这种。直接针对特定的需求构建逻辑电路,然而,由于存在笛卡尔积的问题,不太适合通用计算。
我们看我们平时使用的存储-执行模型的计算机工作模式:
CPU在地址总线上发射一个地址到内存。
内存把特定地址对应的数据返回到数据总线。
看起来,通用计算机就是通过指针完成所有工作的。CPU没有能力直接操作内存里的值,它必须做以下的操作以迂回:
从特定地址A0取出值V0。
对V0进行加工运算生成V1。
将V1存入特定地址A1。
最初,人们就是按照以上的这么个逻辑编程的,这就是汇编语言:
mov -0x4c(%rbp),%ebx
然而,这样太麻烦了,C语言随着简单通用的UNIX操作系统而生,下面的语句看起来更加方便:
int a = 10;
char *p = &a;
*p = 13;
C语言直接映射了CPU的工作方式,而且是用极其简单的方式,这就是C语言的艺术。
这就是C指针的背景。在那个年代,人们还没有渴望计算机帮助完成更复杂的业务逻辑,人们只是希望用一种更加简单的方式抽象出计算机的行为,最终的结晶,就是C语言。
于是,我们说,C语言的精华就是指针,指针是C语言的一切。我们可以没有if-else语言,我们可以没有switch-case语句,我们可以不要while,我们不要for,但我们必须有指针。
是的,我们可以用指针函数的状态矩阵代替if-else之类:
int (*routine)[...]();
...
condition = calc(...);
routine[condition](argv);
我们用状态矩阵成功规避了if-else…可以看到,还是用的指针。
…
指针是存储-执行模型的计算机工作的必要条件!
我们再看存储-执行模型的计算机的工作方式:
给定一个地址,CPU就可以取出该地址的数据。
给定一个地址,CPU就可以写入该地址一个值。
这意味着什么?
只要想让CPU正常工作,就必须暴露整个内存地址空间给CPU,否则CPU就是一堆毫无用处的门电路,换句话说, 一切来自内存! 操作内存就必然要用指针!
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