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C语言和指针之间的联系剖析

C语言和指针之间的关系分析-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。

许多编程言语都以 “没有指针” 作为自己的优势来宣扬,但是,关于C言语,指针却是与生俱来的。

那么,什么是指针,为什么咱们都想避开指针。

很简略, 指针便是地址,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,天然便是指针类型。

指针的效果便是,给出一个指针,取出该指针指向地址处的值。为了了解实质,咱们从核算机模型说起。

微观看来,核算机能够分为两类:

存储-履行核算机。
这类机器典型的比如便是咱们平常运用的核算机,有一个CPU,有一个内存,CPU仅包括运算逻辑,全部的指令和数据都在内存中,内存仅供存储,不包括任何运算组件。
现场编程核算机。
这类机器的典型比如便是ASCI电路FPGA这种。直接针对特定的需求构建逻辑电路,但是,由于存在笛卡尔积的问题,不太合适通用核算。
咱们看咱们平常运用的存储-履行模型的核算机作业形式:

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,通用核算机便是经过指针完结全部作业的。CPU没有才能直接操作内存里的值,它有必要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。
太初,人们便是依照以上的这么个逻辑编程的,这便是汇编言语:

mov -0x4c(%rbp),%ebx
但是,这样太麻烦了,C言语跟着简略通用的UNIX操作系统而生,下面的句子看起来愈加便利:

int a = 10;
char *p = &a;
*p = 13;

C言语直接映射了CPU的作业方法,并且是用极端简略的方法,这便是C言语的艺术。

这便是C指针的布景。在那个年代,人们还没有巴望核算机协助完结更杂乱的事务逻辑,人们仅仅期望用一种愈加简略的方法笼统出核算机的行为,终究的结晶,便是C言语。

所以,咱们说,C言语的精华便是指针,指针是C言语的全部。咱们能够没有if-else言语,咱们能够没有switch-case句子,咱们能够不要while,咱们不要for,但咱们有必要有指针。

是的,咱们能够用指针函数的状况矩阵替代if-else之类:

int (*routine)[…]();

condiTIon = calc(…);
rouTIne[condiTIon](argv);

咱们用状况矩阵成功规避了if-else…能够看到,仍是用的指针。

指针是存储-履行模型的核算机作业的必要条件!

咱们再看存储-履行模型的核算机的作业方法:

给定一个地址,CPU就能够取出该地址的数据。
给定一个地址,CPU就能够写入该地址一个值。
这意味着什么?

只需想让CPU正常作业,就有必要露出整个内存地址空间给CPU,不然CPU便是一堆毫无用处的门电路,换句话说, 全部来自内存! 操作内存就必定要用指针!

其实,C言语便是简化版的汇编言语。终究,C言语接力汇编用指针发明了国际。

不论怎么样,C言语是面向核算机的编程言语,而不是面向事务的编程言语,它映射了核算机的作业方法而不太长于描绘事务逻辑,因而,C言语深受黑客,编程手艺人这种核算机自身的爱好者喜欢,却不被事务程序员待见,由于耍弄指针的确太繁琐杂乱了,一不小心就会犯错。

存储-履行模型的问题在于,要规划杂乱的带外机制避免内存被恣意拜访,由此而来的便是杂乱的分段,分页,拜访操控,MMU等机制,当然,这些机制和CPU依托指针拜访内存的作业方法并不抵触。

把C言语指针用的最绝的应该便是Linux内核的嵌入式链表 struct list_head 了:

struct list_head {
struct list_head *next, *prev;
};

它能够代表全部,它经过C指针完美诠释了OOD,list_head是国际的基类!

经过container_of宏,list_head能够转化为恣意目标:

/**
* 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))); })
这个转化背面的依靠,正是指针:

但是,C言语仍然对事务编程不友爱,前面说了,C言语映射的便是核算机作业方法自身,若想用好C言语,就有必要要懂核算机原理,这并不是事务程序员的菜,事务程序员仅仅编写事务逻辑,并不在乎核算机是怎么作业的。

从前,核算机仍是一群痴迷于技能自身的极客们的玩具,核算机是归于他们的,他们用C编程,用Perl/Python/Bash粘合二进制程序。进入互联网年代,跟着越来越杂乱的事务逻辑呈现,越来越多的工作程序员开端成了多数派,他们开端运用愈加事务友爱的言语,Java,Go便成功了。

不能说这些事务编程言语没有指针,仅仅它们躲藏了指针罢了,它们对程序员露出了愈加对事务友爱的编程接口和语法,自己在底层处理指针问题,仅此罢了。指针是客观存在的,只需你运用的是存储-履行模型的核算机,指针便是全部。

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