来源丨转载自码农荒岛求生（ID：-it）

作者丨码农的荒岛求生

假设你的内存非常小。 这个内存只有8个字节。 没有高级语言或操作系统。 你操作的数据单位是单个字节。 你应该如何读写这段内存？

请注意这里的限制。 再读一遍。 没有高级语言，也没有操作系统。 在这样的限制下，你必须面对内存读写的本质。

这个本质是什么？

本质是你需要认识到内存是一个包含字节的小盒子，而这些小盒子的编号是从0到N。

这时，如果你想计算1+2，那么你必须先将1和2分别放入两个小盒子中。 假设我们使用Store指令将数字1放入6号小盒子中，那么指令表示是这样的：

store 1 6

请注意此说明。 这里有两个数字：1和6。虽然都是数字，但是这两个数字的含义是不同的。 一个代表数值，另一个代表内存地址。

与写作相对应的是阅读。 假设我们使用加载指令，如下所示：

load r1 6

还有一个问题。 这条指令是把数字6写入r1寄存器还是把6号小盒子里的数字写入r1寄存器？

正如您所看到的，这里的数字是不明确的。 它可以表示数值或地址。 为了区分，我们需要给号码添加一个标识符。 例如前面加$符号，则代表数值，否则为地址：

store $1 6load r1 6

这样就不会有歧义了。

现在，内存编号 6 已加载值 1：

即地址6代表数字1：

地址6 -> 数字1

但《地址6》对人类来说太不友好了。 人类更喜欢代号，即名字。 假设我们将“地址6”的名称改为a，a代表地址6，即a中存储的值。 1.人类在代数中的直观表示是：

a = 1

于是所谓的字变量就诞生了。

我们可以看到变量a表面上相当于值1，但其背后还隐藏着重要信息，即变量a代表的数字1存储在6号内存地址处，即变量a或符号 a 背后的含义是：

代表值1

该值存储在内存地址6中

第二条信息目前看来并不是很重要，所以暂时先不去关心它。

既然有变量a，就会有变量b。 如果有这样的表示：

b = a

将a的值赋给b，这个赋值在内存中应该如何表示？

这很简单。 我们还找到了一个用于变量 b 的小盒子。 假设变量b放在2号小盒子上：

可以看到，我们已经完全复制了变量a的数据。

现在我们有了变量，让我们升级它。 假设变量a不仅可以表示占用1个字节的数据，还可以表示占用任意内存量的数据，如下所示：

现在变量a占用了5个字节，占据了整个内存的一半以上。 如果我们仍然想表达 b = a 会发生什么？

如果你仍然使用复制的方式，你会发现我们的内存空间已经不够用了，因为整个内存大小只有8个字节。 使用复制方法，仅这两个变量代表的数据就会占用10个字节。

怎么做？

不要忘记变量 a 背后有两个含义。 让我们来看看：

代表值1

该值存储在内存地址6中

我们重点说一下第二个意思。 这个寓意告诉我们什么道理呢？

它告诉我们，无论一个变量占用多少内存空间，我们总能通过它在内存中的地址找到数据，而内存地址只是一个数字，与该变量占用的空间大小无关。数据。

啊哈，现在终于可以使用变量的第二个含义了。 如果我们想使用变量b也引用变量a，为什么我们必须直接复制数据的副本？ 直接使用地址是不好的，像这样：

变量a在内存中的地址是3，所以我们只能将数字3存储到变量b中。

现在变量 b 开始变得非常有趣。

首先，变量b没有什么特别之处，只是变量b中存储的东西不能用数值来解释，而必须用地址来解释。

当变量不仅可以存储值还可以存储内存地址时，指针就诞生了。

有很多资料只说指针是地址，但小风哥认为这是一种偷懒的解释。 只停留在汇编层面来理解，这是有偏见的。 在高级语言中，指针首先是一个变量，但这个变量保存的只是一个地址，而指针则是内存地址的高级抽象。

如果你只把指针理解为内存地址，那么你一定知道所谓的间接寻址。

这是什么意思？

如果使用汇编语言，变量a的值怎么写？

load r1 1

想一想，是不是有问题，所以本例指令会将值3加载到r1寄存器中，但是我们要将内存地址1中保存的值解释为内存地址，必须再次为1添加标识符， 例如 @：

load r1 @1

这时，指令会先读取内存地址1中保存的值，发现是3，然后再根据内存地址解释3。 3指向的数据变成了a：

地址1 -> 地址3 -> 数据a

这就是所谓的间接寻址。 在汇编语言中，你必须意识到这一级间接寻址，因为汇编语言中没有变量的概念。

然而高级语言就不一样了。 这里有一个变量的概念。 此时地址1代表变量b。 但使用变量的一个好处是，很多情况下我们只需要关心它的第一个含义，这意味着我们只需要关心变量b。 地址 3 保存在 中，而不关心变量 b 存储在哪里。 这样，我们在使用变量b的时候，就不需要在大脑中去思考间接寻址的问题了。 在程序员的大脑中，变量b直接指向数据a：

b -> 数据a

我们再比较一下：

地址1 -> 地址3 -> 数据a   # 汇编语言层面变量b -> 数据a            # 高级语言层面

这就是为什么我说指针实际上是内存地址的更高层次的抽象。 这种抽象的目的是为了屏蔽间接寻址。

当变量不仅可以存储值还可以存储地址时，一个新的时代已经到来：看似松散的内存可以通过指针在内部进行组织，而这也使得程序可以直接处理复杂的数据结构，比如像下图这样:

这就是所谓的链表。

指针的概念首先出现在PL/I语言中。 当时是为了增加链表的处理能力。 不要以为像链表这样的数据结构很常见。 这在 1964 年左右并不是一件容易的事。你还不知道链表。 你可以参考这篇文章。

值得一提的是，操作系统是用PL/I语言实现的。 这也是第一个用高级语言实现的操作系统。 然而，该操作系统在商业上并不成功。 参与该项目的Ken后来决定自己写一个，更简单地说，Unix和C语言诞生了，也许是因为他们在开发过程中看到了PL/I语言中指针的威力。 C语言也有指针的概念。

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