指针与数组

数据类型

在 C 中，指针是一种数据类型，数组也是一种数据类型，而且是一种和指针密切相关的数据类型。

作为一门静态强类型的编程语言，C 还很傲娇地宣称「数组」是一种派生类型。

为何？

我先列出目前拥有的知识点：

• C 程序运行时至少有两部分内存，一部分称之为「栈」，一部分称为「堆」
• C 程序运行的抽象模型本质上是一个不断递推、回归，再递归，再回归，最终返回一个值给操作系统，结束运行
• 所有的变量都需要占据内存空间
• 内存数据的索引是通过「地址进行」，内存数据就是 01 比特位，具体怎么解释是由上下文决定，这就是数据类型的来源
• 索引中使用的地址，也可以作为一种变量类型，名字叫指针
• 其它原生变量类型大多都是和数字有关，int，double，float，long，unsigned，此外还有 true 和 false，以及 null

所有内存都要尽可能地回收，以便造成程序拥有无限内存的假象。

那在 C 语言中，我们知道通过 malloc 函数分配内存，都过 free 函数释放内存。可是我们自己声明的变量，比如 int ，long 之类的，它们并没有通过 malloc 分配内存，也没有通过 free 释放内存。那这些内存是怎么释放掉的呢？

这也就是最有意思的地方了：这类变量通常比较少，而且占用内存空间通常比较少，而且生命周期还短。所以，这类变量随函数的递推被创建，随函数的回归被销毁。销毁很容易，其实就是简单的丢弃。不在函数栈内的就被认为是可用空间。因为这样子，函数栈内不同栈帧内部的变量有各自独立的运行环境，所以完全可以同名。就像北村和南庄可以各有一个王二一样，并不会引起混淆。

有意思的问题是：这个创建和销毁变量的过程，在理论上完全可以使用于所有变量类型，但为什么还要对一些变量进行特殊的区分对待呢？

理论上确实可以通用，但程序运行期间，经常会同时维护并操作大量数据，占用空间，而且耗时。

在函数栈的模型中，函数栈帧之间只能通过复制数据进行消息传递和回馈。如果所有数据都存在函数栈帧内部，那么函数栈可能会很大，不同的函数栈里可能会出现大量重复数据，就像克隆了北村里九成村民放到南庄一样。

这在现实中当然是行不通的。

所以就需要其他的实现方式。

其实很自然，我们在寄存器中维护函数栈，使用的是地址索引。同样的，在函数栈帧中维护大量数据，也可以使用地址索引。

这就是指针的中枢作用所在。

再想想，那么数组呢？数组似乎也可以很大，但是貌似也没有使用 malloc 和 free 。而我们知道，数组的名字所代表的变量其实就是指针变量，通过这个指针变量索引数组元素。

既然没有使用 malloc ，数组的创建和销毁具体如何实现，就不再是我们 C 语言的用户所能控制的了，我们可以猜测，猜的对不对甚至都不再重要，大部分时候。这也是抽象的好处吧。

字符串其实是一种特殊的字符数组

在英语国家里，只有二十六个字母，外加其他一些符号。一个字节完全可以有足够的表示能力来表征它们。换句话说，一个个字符可以用编码好的一个个字节来表示，在特定的上下文中，一个个字节，一个个二进制数，就可以表示字符。

只是后来，互联网国际化以后，单字节绝对不够用，各国一开始是自行解决，后来才慢慢开始统一标准。

指针自指，数组自包含

指针指向其他变量，而指针本来就是一种变量，所以指针可以指向指针。

数组是一系列同类型变量，而数组也可以作为一个同类型变量成一系列，所以就有了数组的数组。

同理，可以有一个指向「指向指针的指针」的指针，也可以有一个「数组的数组」的数组。

数组是序列，而指针才是组织起所有数据的中枢，函数本来也是数据。

所以，C 程序就是由指针组织起来的，就像指针组织起机器代码一样。