大神談：C語(yǔ)言和指針的本質(zhì)
[導(dǎo)讀]很多編程語(yǔ)言都以“沒(méi)有指針”作為自己的優(yōu)勢(shì)來(lái)宣傳，然而，對(duì)于C語(yǔ)言，指針卻是與生俱來(lái)的。那么，什么是指針？為什么大家都想避開(kāi)指針？很簡(jiǎn)單，指針就是地址，當(dāng)一個(gè)地址作為一個(gè)變量存在時(shí)，它就被叫做指針，該變量的類(lèi)型，自然就是指針類(lèi)型。指針的作用就是，給出一個(gè)指針，取出該指針指向地址處...
很多編程語(yǔ)言都以“沒(méi)有指針”作為自己的優(yōu)勢(shì)來(lái)宣傳，然而，對(duì)于C語(yǔ)言，指針卻是與生俱來(lái)的。
那么，什么是指針？為什么大家都想避開(kāi)指針？
很簡(jiǎn)單， 指針就是地址，當(dāng)一個(gè)地址作為一個(gè)變量存在時(shí)，它就被叫做指針，該變量的類(lèi)型，自然就是指針類(lèi)型。
指針的作用就是，給出一個(gè)指針，取出該指針指向地址處的值。為了理解本質(zhì)，我們從計(jì)算機(jī)模型說(shuō)起。
宏觀看來(lái)，計(jì)算機(jī)可以分為兩類(lèi)：
- 存儲(chǔ)-執(zhí)行計(jì)算機(jī)。這類(lèi)機(jī)器典型的例子就是我們平時(shí)使用的計(jì)算機(jī)，有一個(gè)CPU，有一個(gè)內(nèi)存，CPU僅包含運(yùn)算邏輯，所有的指令和數(shù)據(jù)都在內(nèi)存中，內(nèi)存僅供存儲(chǔ)，不包含任何運(yùn)算組件。
- 現(xiàn)場(chǎng)編程計(jì)算機(jī)。這類(lèi)機(jī)器的典型例子就是ASIC電路，F(xiàn)PGA這種。直接針對(duì)特定的需求構(gòu)建邏輯電路，然而，由于存在笛卡爾積的問(wèn)題，不太適合通用計(jì)算。
我們看我們平時(shí)使用的存儲(chǔ)-執(zhí)行模型的計(jì)算機(jī)工作模式：
- CPU在地址總線(xiàn)上發(fā)射一個(gè)地址到內(nèi)存。
- 內(nèi)存把特定地址對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)返回到數(shù)據(jù)總線(xiàn)。
看起來(lái)，通用計(jì)算機(jī)就是通過(guò)指針完成所有工作的。CPU沒(méi)有能力直接操作內(nèi)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(duì)V0進(jìn)行加工運(yùn)算生成V1。
- 將V1存入特定地址A1。
最初，人們就是按照以上的這么個(gè)邏輯編程的，這就是匯編語(yǔ)言：
然而，這樣太麻煩了，C語(yǔ)言隨著簡(jiǎn)單通用的UNIX操作系統(tǒng)而生，下面的語(yǔ)句看起來(lái)更加方便：
C語(yǔ)言直接映射了CPU的工作方式，而且是用極其簡(jiǎn)單的方式，這就是C語(yǔ)言的藝術(shù)。
這就是C指針的背景。在那個(gè)年代，人們還沒(méi)有渴望計(jì)算機(jī)幫助完成更復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯，人們只是希望用一種更加簡(jiǎn)單的方式抽象出計(jì)算機(jī)的行為，最終的結(jié)晶，就是C語(yǔ)言。
于是，我們說(shuō)，C語(yǔ)言的精華就是指針，指針是C語(yǔ)言的一切。我們可以沒(méi)有if-else語(yǔ)言，我們可以沒(méi)有switch-case語(yǔ)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(shù)的狀態(tài)矩陣代替if-else之類(lèi)：
我們用狀態(tài)矩陣成功規(guī)避了if-else…可以看到，還是用的指針。
指針是存儲(chǔ)-執(zhí)行模型的計(jì)算機(jī)工作的必要條件！
我們?cè)倏创鎯?chǔ)-執(zhí)行模型的計(jì)算機(jī)的工作方式：
- 給定一個(gè)地址，CPU就可以取出該地址的數(shù)據(jù)。
- 給定一個(gè)地址，CPU就可以寫(xiě)入該地址一個(gè)值。
這意味著什么？
只要想讓CPU正常工作，就必須暴露整個(gè)內(nèi)存地址空間給CPU，否則CPU就是一堆毫無(wú)用處的門(mén)電路，換句話(huà)說(shuō)，?一切來(lái)自?xún)?nèi)存！操作內(nèi)存就必然要用指針！
其實(shí)，C語(yǔ)言就是簡(jiǎn)化版的匯編語(yǔ)言。最終，C語(yǔ)言接力匯編用指針創(chuàng)造了世界。
不管怎么樣，C語(yǔ)言是面向計(jì)算機(jī)的編程語(yǔ)言，而不是面向業(yè)務(wù)的編程語(yǔ)言，它映射了計(jì)算機(jī)的工作方式而不太善于描述業(yè)務(wù)邏輯，因此，C語(yǔ)言深受黑客，編程手藝人這種計(jì)算機(jī)本身的愛(ài)好者喜愛(ài)，卻不被業(yè)務(wù)程序員待見(jiàn)，因?yàn)閿[弄指針確實(shí)太繁瑣復(fù)雜了，一不小心就會(huì)出錯(cuò)。
存儲(chǔ)-執(zhí)行模型的問(wèn)題在于，要設(shè)計(jì)復(fù)雜的帶外機(jī)制防止內(nèi)存被任意訪問(wèn)，由此而來(lái)的就是復(fù)雜的分段，分頁(yè)，訪問(wèn)控制，MMU等機(jī)制，當(dāng)然，這些機(jī)制和CPU依靠指針訪問(wèn)內(nèi)存的工作方式并不沖突。
把C語(yǔ)言指針用的最絕的應(yīng)該就是Linux內(nèi)核的嵌入式鏈表struct list_head了：
它可以代表一切，它通過(guò)C指針完美詮釋了OOD，list_head是世界的基類(lèi)！
通過(guò)container_of宏，list_head可以轉(zhuǎn)換為任意對(duì)象：
這個(gè)轉(zhuǎn)換背后的依賴(lài)，正是指針：
然而，C語(yǔ)言依然對(duì)業(yè)務(wù)編程不友好，前面說(shuō)了，C語(yǔ)言映射的就是計(jì)算機(jī)工作方式本身，若想用好C語(yǔ)言，就必須要懂計(jì)算機(jī)原理，這并不是業(yè)務(wù)程序員的菜，業(yè)務(wù)程序員只是編寫(xiě)業(yè)務(wù)邏輯，并不在乎計(jì)算機(jī)是如何工作的。
曾經(jīng)，計(jì)算機(jī)還是一群癡迷于技術(shù)本身的極客們的玩具，計(jì)算機(jī)是屬于他們的，他們用C編程，用Perl/Python/Bash粘合二進(jìn)制程序。進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，隨著越來(lái)越復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯出現(xiàn)，越來(lái)越多的職業(yè)程序員開(kāi)始成了多數(shù)派，他們開(kāi)始使用更加業(yè)務(wù)友好的語(yǔ)言，Java，Go便成功了。
不能說(shuō)這些業(yè)務(wù)編程語(yǔ)言沒(méi)有指針，只是它們隱藏了指針而已，它們對(duì)程序員暴露了更加對(duì)業(yè)務(wù)友好的編程接口和語(yǔ)法，自己在底層處理指針問(wèn)題，僅此而已。指針是客觀存在的，只要你使用的是存儲(chǔ)-執(zhí)行模型的計(jì)算機(jī)，指針就是一切。
END
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