C语言内存地址基础

从计算机内存的角度思考C语言中的一切东东，是挺有帮助的。我们可以把计算机内存想象成一个字节数组，内存中每一个地址表示 1 字节。比方说我们的电脑有 4K 内存，那这个内存数组将会有 4096 个元素。当我们谈论一个存储地址的指针时，就当相于我们在谈论一个存储着该内存数组某个元素索引的指针。逆向引用某个指针，将会得到数组中该索引所指向的 值。这一切当然都是谎言。操作系统对内存的管理要远比这复杂。内存不一定连续，也不一定按顺序处理。但前面的类比是一种讨论C语言内存的简单方式。

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如果对『指针』、『地址』和『逆向引用』感到混乱，请看《C语言指针5分钟教程》。// 译注：“dereferencing” 的译法比较多，本文采用了“逆向引用”。

假设我们的计算机有 4K 的内存，下一个开放地址的索引是2048。我们声明一个新的字符变量i='a'。当该变量所 获得的内存放置了它的值，变量的名字也与内存中的该位置关联，我们的字符i就获得了一个存储在2048位置的值。该字符是单字节的因此它只占用了索引为 2048 的位置。如果我们对 i 变量使用地址操作符（&），它将返回到索引为2048的位置。如果这个变量是另一种类型，比如是 int，它将占用4字节，在数组中占用索引为 2048-2051 的位置。使用地址操作符仍将返回索引2048的位置，因为 int 型即便占用了 4 字节，但它开始于 2048 位置。我们看一个例子：

 
 
 
    
  
  
  
  1. // intialize a char variable, print its address and the next address 
    2. 
  
  
  
  2. char charvar = '\0'; 
    3. 
  
  
  
  3. printf("address of charvar = %p\n", (void *)(&charvar)); 
    4. 
  
  
  
  4. printf("address of charvar - 1 = %p\n", (void *)(&charvar - 1)); 
    5. 
  
  
  
  5. printf("address of charvar + 1 = %p\n", (void *)(&charvar + 1)); 
    6. 
  
  
  
  6.   
    7. 
  
  
  
  7. // intialize an int variable, print its address and the next address 
    8. 
  
  
  
  8. int intvar = 1; 
    9. 
  
  
  
  9. printf("address of intvar = %p\n", (void *)(&intvar)); 
    10. 
  
  
  
  10. printf("address of intvar - 1 = %p\n", (void *)(&intvar - 1)); 
    11. 
  
  
  
  11. printf("address of intvar + 1 = %p\n", (void *)(&intvar + 1)); 
    12.

运行将得到如下的输出：

 
 
 
    
  
  
  
  1. address of charvar = 0x7fff9575c05f
    2. 
  
  
  
  2. address of charvar - 1 = 0x7fff9575c05e
    3. 
  
  
  
  3. address of charvar + 1 = 0x7fff9575c060
    4. 
  
  
  
  4. address of intvar = 0x7fff9575c058
    5. 
  
  
  
  5. address of intvar - 1 = 0x7fff9575c054
    6. 
  
  
  
  6. address of intvar + 1 = 0x7fff9575c05c
    7.

在第一个例子的1-5行中，我们声明了一个字符变量，并打印输出该字符的地址，然后打印了内存中位于该变量前后的两个地址。我们是通过使 用&操作符并+1或-1来获取前后两个地址的。在7-11行的第二个例子中我们做了差不多的事，除了声明了一个int型变量，打印出它的地址以及 紧邻它前后的地址。

在输出中，我们看到地址是 16 进制的。更值得注意的是，字符的地址前后相差1字节。int 型变量地址前后相差四字节。内存地址的算法、指针的算法、都是根据所引用的类型的大小的。一个给定的类型的大小是依赖于平台的，我们这个例子中的char 是1字节，int是四字节。将字符的地址-1是改地址前的地址，而将int型地址-1是该地址前4个的地址。

在例子中，我们是用地址操作符来获取变量的地址，这和使用表示变量地址的指针是一样的效果。

英文原博中评论已经提出：存储&charvar-1（一个非法的地址因它位于数组之前)在技术上是未特别指出的行为。C的标准已经声明，未特别指出的以及在一些平台存储一个非法地址都将引起错误。

数组地址

在C语言中，数组是相邻的内存区域，它存储了大量相同数据类型的值（int、long、*char等等）。很多程序员第一次用C时，会将数组当做指针。那是不对的。指针存储一个简单的内存地址，而一个数组是一块存储多个值的连续的内存区域。

 
 
 
    
  
  
  
  1. // initialize an array of ints
    2. 
  
  
  
  2. int numbers[5] = {1,2,3,4,5};
    3. 
  
  
  
  3. int i = 0;
    4. 
  
  
  
  4.  
    5. 
  
  
  
  5. // print the address of the array variable
    6. 
  
  
  
  6. printf("numbers = %p\n", numbers);
    7. 
  
  
  
  7.  
    8. 
  
  
  
  8. // print addresses of each array index
    9. 
  
  
  
  9. do {
    10. 
  
  
  
  10.     printf("numbers[%u] = %p\n", i, (void *)(&numbers[i]));
    11. 
  
  
  
  11.     i++;
    12. 
  
  
  
  12. } while(i < 5);
    13. 
  
  
  
  13.  
    14. 
  
  
  
  14. // print the size of the array
    15. 
  
  
  
  15. printf("sizeof(numbers) = %lu\n", sizeof(numbers));
    16.

运行将得到如下的输出：

 
 
 
    
  
  
  
  1. numbers = 0x7fff0815c0e0
    2. 
  
  
  
  2. numbers[0] = 0x7fff0815c0e0
    3. 
  
  
  
  3. numbers[1] = 0x7fff0815c0e4
    4. 
  
  
  
  4. numbers[2] = 0x7fff0815c0e8
    5. 
  
  
  
  5. numbers[3] = 0x7fff0815c0ec
    6. 
  
  
  
  6. numbers[4] = 0x7fff0815c0f0
    7. 
  
  
  
  7. sizeof(numbers) = 20
    8.

在这个例子中，我们初始化了一个含有 5 个 int 元素的数组，我们打印了数组本身的地址，注意我们没有使用地址操作符 & 。这是因为数组变量已经代表了数组首元素的地址。你会看到数组的地址与数组首元素的地址是一样的。然后我们遍历这个数组并打印每个元素的内存地址。在我们 的计算机中 int 是四个字节的，数组内存是连续的，因此每个int型元素地址之间相差4。

在最后一行，我们打印了数组的大小，数组的大小等于sizeof(type)乘上数组元素的数量。这里的数组有5个int型变量，每一个占用4字节，因此整个数组大小为20字节。

结构体地址

在C语言中，结构体一般是连续的内存区域，但也不一定是绝对连续的区域。和数组类似，它们能存储多种数据类型，但不同于数组的是，它们能存储不同的数据类型。

 
 
 
    
  
  
  
  1. struct measure {
    2. 
  
  
  
  2.   char category;
    3. 
  
  
  
  3.   int width;
    4. 
  
  
  
  4.   int height;
    5. 
  
  
  
  5. };
    6. 
  
  
  
  6.  
    7. 
  
  
  
  7. // declare and populate the struct
    8. 
  
  
  
  8. struct measure ball;
    9. 
  
  
  
  9. ball.category = 'C';
    10. 
  
  
  
  10. ball.width = 5;
    11. 
  
  
  
  11. ball.height = 3;
    12. 
  
  
  
  12.  
    13. 
  
  
  
  13. // print the addresses of the struct and its members
    14. 
  
  
  
  14. printf("address of ball = %p\n", (void *)(&ball));
    15. 
  
  
  
  15. printf("address of ball.category = %p\n", (void *)(&ball.category));
    16. 
  
  
  
  16. printf("address of ball.width = %p\n", (void *)(&ball.width));
    17. 
  
  
  
  17. printf("address of ball.height = %p\n", (void *)(&ball.height));
    18. 
  
  
  
  18.  
    19. 
  
  
  
  19. // print the size of the struct
    20. 
  
  
  
  20. printf("sizeof(ball) = %lu\n", sizeof(ball));
    21.

运行后的输出结果如下：

 
 
 
    
  
  
  
  1. address of ball = 0x7fffd1510060
    2. 
  
  
  
  2. address of ball.category = 0x7fffd1510060
    3. 
  
  
  
  3. address of ball.width = 0x7fffd1510064
    4. 
  
  
  
  4. address of ball.height = 0x7fffd1510068
    5. 
  
  
  
  5. sizeof(ball) = 12
    6.

在这个例子中我们定义了一个结构体measure，然后声明了该结构体的一个实例ball，我们赋值给它的width、height以及 category成员，然后打印出ball的地址。与数组类似，结构体也代表了它首元素的地址。然后打印了它每一个成员的地址。category是第一个 成员，它与ball具有相同的地址。width后面是height，它们都具有比category更高的地址。

你可能会想因为category是一个字符，而字符型变量占用1字节，因此width的地址应该比开始出高1个字节。从输出来看这不对。 根据C99标准（§6.7.2.1），为边界对齐，结构体可以给成员增加填充字节。它不会记录数据成员，但会增加额外的字节。在实际中，大多数的编译器会 使结构体中的每个成员与结构体最大的成员有相同大小，

在我们的例子中，你可以看到char实际上占用4字节，整个struct占用12个字节。都发生了什么？

1.struct变量指向struct首元素的地址

2.不要假设struct的成员是与其它区域分离的大量特殊的字节，它们也许有边界字节或者内存并不连续。使用地址操作符&来获得成员的地址

3.使用sizeof(struct instance)来获得struct的总大小，不用假设它是各个成员域的大小总和，也许还有补充。

结论

喜欢这篇博文可以帮你理解更多的在C中如何操作不同的数据类型的地址。在以后的博文中，我们将会继续研究一下指针和数组的基础。

网页标题：C语言内存地址基础
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