C語言跟指針的本質是什么

這篇文章主要講解了“C語言跟指針的本質是什么”，文中的講解內容簡單清晰，易于學習與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學習“C語言跟指針的本質是什么”吧！

　　很多編程語言都以 “沒有指針” 作為自己的優勢來宣傳，然而，對于C語言，指針卻是與生俱來的。

　　那么，什么是指針，為什么大家都想避開指針。

　　很簡單， 指針就是地址，當一個地址作為一個變量存在時，它就被叫做指針，該變量的類型，自然就是指針類型。

　　指針的作用就是，給出一個指針，取出該指針指向地址處的值。為了理解本質，我們從計算機模型說起。

　　宏觀看來，計算機可以分為兩類：

　　存儲-執行計算機。

　　這類機器典型的例子就是我們平時使用的計算機，有一個CPU，有一個內存，CPU僅包含運算邏輯，所有的指令和數據都在內存中，內存僅供存儲，不包含任何運算組件。

　　現場編程計算機。

　　這類機器的典型例子就是ASCI電路，FPGA這種。直接針對特定的需求構建邏輯電路，然而，由于存在笛卡爾積的問題，不太適合通用計算。

　　我們看我們平時使用的存儲-執行模型的計算機工作模式：

　　CPU在地址總線上發射一個地址到內存。

　　內存把特定地址對應的數據返回到數據總線。

　　看起來，通用計算機就是通過指針完成所有工作的。CPU沒有能力直接操作內存里的值，它必須做以下的操作以迂回：

　　從特定地址A0取出值V0。

　　對V0進行加工運算生成V1。

　　將V1存入特定地址A1。

　　太初，人們就是按照以上的這么個邏輯編程的，這就是匯編語言：

　　mov -0x4c(%rbp),%ebx

　　1

　　然而，這樣太麻煩了，C語言隨著簡單通用的UNIX操作系統而生，下面的語句看起來更加方便：

　　int a = 10;

　　char *p = &a;

　　*p = 13;

　　C語言直接映射了CPU的工作方式，而且是用極其簡單的方式，這就是C語言的藝術。

　　這就是C指針的背景。在那個年代，人們還沒有渴望計算機幫助完成更復雜的業務邏輯，人們只是希望用一種更加簡單的方式抽象出計算機的行為，最終的結晶，就是C語言。

　　于是，我們說，C語言的精華就是指針，指針是C語言的一切。我們可以沒有if-else語言，我們可以沒有switch-case語句，我們可以不要while，我們不要for，但我們必須有指針。

　　是的，我們可以用指針函數的狀態矩陣代替if-else之類：

　　int (*routine)[...]();

　　...

　　condition = calc(...);

　　routine[condition](argv);

　　我們用狀態矩陣成功規避了if-else…可以看到，還是用的指針。

　　…

　　指針是存儲-執行模型的計算機工作的必要條件!

　　我們再看存儲-執行模型的計算機的工作方式：

　　給定一個地址，CPU就可以取出該地址的數據。

　　給定一個地址，CPU就可以寫入該地址一個值。

　　只要想讓CPU正常工作，就必須暴露整個內存地址空間給CPU，否則CPU就是一堆毫無用處的門電路，換句話說， 一切來自內存! 操作內存就必然要用指針!

　　其實，C語言就是簡化版的匯編語言。最終，C語言接力匯編用指針創造了世界。

　　不管怎么樣，C語言是面向計算機的編程語言，而不是面向業務的編程語言，它映射了計算機的工作方式而不太善于描述業務邏輯，因此，C語言深受黑客，編程手藝人這種計算機本身的愛好者喜愛，卻不被業務程序員待見，因為擺弄指針確實太繁瑣復雜了，一不小心就會出錯。

　　存儲-執行模型的問題在于，要設計復雜的帶外機制防止內存被任意訪問，由此而來的就是復雜的分段，分頁，訪問控制，MMU等機制，當然，這些機制和CPU依靠指針訪問內存的工作方式并不沖突。

　　把C語言指針用的最絕的應該就是Linux內核的嵌入式鏈表 struct list_head 了：

　　struct list_head {

　　struct list_head *next, *prev;

　　};

　　它可以代表一切，它通過C指針完美詮釋了OOD，list_head是世界的基類!

　　通過container_of宏，list_head可以轉換為任意對象：

　　/**

　　* container_of - cast a member of a structure out to the containing structure

　　* @ptr: the pointer to the member.

　　* @type: the type of the container struct this is embedded in.

　　* @member: the name of the member within the struct.

　　*

　　*/

　　#define container_of(ptr, type, member) ({ \

　　void *__mptr = (void *)(ptr); \

　　BUILD_BUG_ON_MSG(!__same_type(*(ptr), ((type *)0)->member) && \

　　!__same_type(*(ptr), void), \

　　"pointer type mismatch in container_of()"); \

　　((type *)(__mptr - offsetof(type, member))); })

　　這個轉換背后的依賴，正是指針：

　　然而，C語言依然對業務編程不友好，前面說了，C語言映射的就是計算機工作方式本身，若想用好C語言，就必須要懂計算機原理，這并不是業務程序員的菜，業務程序員只是編寫業務邏輯，并不在乎計算機是如何工作的。

　　曾經，計算機還是一群癡迷于技術本身的極客們的玩具，計算機是屬于他們的，他們用C編程，用Perl/Python/Bash粘合二進制程序。進入互聯網時代，隨著越來越復雜的業務邏輯出現，越來越多的職業程序員開始成了多數派，他們開始使用更加業務友好的語言，Java，Go便成功了。

　　不能說這些業務編程語言沒有指針，只是它們隱藏了指針而已，它們對程序員暴露了更加對業務友好的編程接口和語法，自己在底層處理指針問題，僅此而已。指針是客觀存在的，只要你使用的是存儲-執行模型的計算機，指針就是一切。

感謝各位的閱讀，以上就是“C語言跟指針的本質是什么”的內容了，經過本文的學習后，相信大家對C語言跟指針的本質是什么這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關知識點的文章，歡迎關注！