內(nèi)存地址

如果您在計(jì)算機(jī)硬件的層面上理解了內(nèi)存地址的原理，前面的討論就會(huì)變得更加清晰了。您若還沒有閱讀過位和字節(jié)，那么現(xiàn)在應(yīng)該去讀一遍這篇文章，它會(huì)幫您弄清位、字節(jié)和字的概念。

所有計(jì)算機(jī)都配有內(nèi)存，也稱RAM（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）。比如您的計(jì)算機(jī)現(xiàn)在可能配有16、32或64兆字節(jié)的RAM。RAM用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)正在執(zhí)行的程序以及程序使用的數(shù)據(jù)（即程序的變量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）。內(nèi)存可以看作是一個(gè)簡單的字節(jié)數(shù)組。在這個(gè)數(shù)組中，每個(gè)內(nèi)存單元都有自己的地址：第一個(gè)字節(jié)的地址是0，后面依次是1、2、3，等等。內(nèi)存地址相當(dāng)于普通數(shù)組的下標(biāo)。計(jì)算機(jī)可以隨時(shí)訪問內(nèi)存的任何位置（所以稱為“隨機(jī)存取存儲(chǔ)器”）。根據(jù)需要，多個(gè)字節(jié)可以組合起來構(gòu)成較大的變量、數(shù)組和結(jié)構(gòu)體。例如，一個(gè)浮點(diǎn)型變量占用4個(gè)連續(xù)字節(jié)的內(nèi)存空間。您可以像下面這樣在程序中聲明一個(gè)全局變量：

float f;

上面這條語句的意思是說：“聲明一個(gè)名為f的可以保存一個(gè)浮點(diǎn)值的內(nèi)存位置。”程序執(zhí)行的時(shí)候，計(jì)算機(jī)就會(huì)在內(nèi)存中某個(gè)位置為變量f預(yù)留空間。這個(gè)位置在內(nèi)存空間中有確定的地址，如下圖所示：

?

變量f在內(nèi)存某處占用四個(gè)字節(jié)的空間。此位置有確定的地址，本例中是248,440。

您認(rèn)為的變量f在計(jì)算機(jī)看來就是一個(gè)具體的內(nèi)存地址（如248,440）。因此，當(dāng)您寫下這樣的語句時(shí)：

f=3.14;

?

編譯器可能把它翻譯成：“將數(shù)值3.14裝入到內(nèi)存地址是248,440的位置。”計(jì)算機(jī)總是通過操作地址和操作地址的值來使用內(nèi)存的。

另外，計(jì)算機(jī)的這種使用內(nèi)存的方式還會(huì)帶來一些“副作用”。例如，您的程序包含了下面的代碼：

int i, s[4], t[4], u=0;

for (i=0; i<=4; i++)
{s[i] = i;t[i] =i;}
printf("s:tn");
for (i=0; i<=4; i++)
printf("%d:%dn", s[i], t[i]);
printf("u=%dn", u);

?

您很可能會(huì)看到這樣的程序輸出：

s:t
1:5
2:2
3:3
4:4
5:5
u=5

?

t[0]和u的值為什么不對？仔細(xì)觀察代碼就會(huì)發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)for循環(huán)在訪問數(shù)組時(shí)都越界了一個(gè)元素。在內(nèi)存中，兩個(gè)數(shù)組是相鄰存儲(chǔ)的，如下圖所示：

?

?

因此，當(dāng)向s[4]這個(gè)并不存在的數(shù)組元素寫數(shù)據(jù)時(shí)，實(shí)際上覆蓋了t[0]，因?yàn)樗幱趕[4]的位置上。當(dāng)向t[4]寫數(shù)據(jù)時(shí)，實(shí)際上就覆蓋了u。對于計(jì)算機(jī)來說，s[4]只是一個(gè)可以寫數(shù)據(jù)的內(nèi)存位置而已。您會(huì)發(fā)現(xiàn)盡管計(jì)算機(jī)執(zhí)行了程序，但程序卻是不正確或不正常的。這個(gè)程序在運(yùn)行時(shí)損壞了t 數(shù)組。執(zhí)行下面的語句將會(huì)產(chǎn)生更加嚴(yán)重的后果：

s[1000000]=5;

?

s[1000000] 這個(gè)位置很可能在程序的內(nèi)存空間之外。也就是說，您向不屬于您程序的內(nèi)存空間寫入數(shù)據(jù)。在具備存儲(chǔ)空間保護(hù)的系統(tǒng)上（如UNIX和Windows 98/NT），這樣的語句會(huì)使系統(tǒng)終止程序的執(zhí)行。而在其他系統(tǒng)（如Windows 3.1和早期的Mac）會(huì)聽任程序?yàn)樗麨椤＝Y(jié)果是另一個(gè)程序的代碼或變量被破壞了。這種侵犯的后果小到不產(chǎn)生任何影響，大到導(dǎo)致徹底的系統(tǒng)崩潰。在內(nèi)存中，變量i、s、t、u具有前后相鄰的確定地址。因此，如果您對一個(gè)變量越界寫入，計(jì)算機(jī)會(huì)照您說的做，但將破壞另一處內(nèi)存位置的數(shù)據(jù)。

因?yàn)镃和C++在訪問數(shù)組元素時(shí)不做任何形式的邊界檢查，所以您作為一名程序員自己一定要嚴(yán)加注意數(shù)組邊界，不要超越。對超越數(shù)組邊界內(nèi)容的無意讀寫總是會(huì)導(dǎo)致程序出現(xiàn)問題。

下面的代碼是另一個(gè)例子：

#include 

int main()
{int i,j;int *p;   /* 指向整數(shù)的指針 */
printf("%d %dn", p, &i);p = &i;printf("%d %dn", p, &i);return 0;}

?

這段代碼告訴編譯器打印p保存的地址和i占用的地址。變量p一開始是一個(gè)隨意的數(shù)值或0。i的地址一般是一個(gè)很大的數(shù)字。例如，運(yùn)行這段代碼后得到的輸出是：

0   2147478276
2147478276   2147478276

?

可知i的地址是2147478276。p=&i;這條語句執(zhí)行之后，就保存了i的地址。再試試下面的代碼：

#include 

void main()
{int *p;   /* 指向整數(shù)的指針 */
printf("%dn",*p);}

?

這段代碼告訴編譯器打印p指向的值。然而p尚未初始化，它保存的地址是0或一個(gè)隨機(jī)地址。多數(shù)情況下這將引發(fā)一個(gè)段錯(cuò)誤（或某些其他運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤），表明您使用了一個(gè)指向無效內(nèi)存空間的指針。段錯(cuò)誤幾乎總是由未初始化的指針或錯(cuò)誤的內(nèi)存地址導(dǎo)致的。

通過以上的介紹，現(xiàn)在我們可以從新的角度來理解指針了。請看下面的例子：

#include

int main()
{int i;int *p; /* 指向整數(shù)的指針 */
p = &i;*p=5;printf("%d %dn", i, *p);return 0;}

?

程序的運(yùn)行過程是這樣的：

?

-

變量i占4字節(jié)的內(nèi)存。指針p也占4字節(jié)（在當(dāng)今使用的多數(shù)計(jì)算機(jī)上，一個(gè)指針占4字節(jié)內(nèi)存。現(xiàn)在大部分CPU的內(nèi)存地址都是32位的，盡管64位尋址已漸成趨勢）。i所代表的內(nèi)存位置有一個(gè)確定的地址，本例中是248,440。執(zhí)行過p=&i;后，指針p也將保存同樣的地址。因此變量*p和i是等價(jià)的。

指針p原樣保存著i的地址。當(dāng)執(zhí)行如下的語句時(shí)：

printf("%d", p);

?

?

程序就會(huì)打印變量i的實(shí)際內(nèi)存地址。