大神談：C語言和指針的本質(zhì)
[導(dǎo)讀]很多編程語言都以“沒有指針”作為自己的優(yōu)勢來宣傳，然而，對于C語言，指針卻是與生俱來的。那么，什么是指針？為什么大家都想避開指針？很簡單，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，該變量的類型，自然就是指針類型。指針的作用就是，給出一個(gè)指針，取出該指針指向地址處...
很多編程語言都以“沒有指針”作為自己的優(yōu)勢來宣傳，然而，對于C語言，指針卻是與生俱來的。
那么，什么是指針？為什么大家都想避開指針？
很簡單， 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，該變量的類型，自然就是指針類型。
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)模型說起。
宏觀看來，計(jì)算機(jī)可以分為兩類：
- 存儲(chǔ)-執(zhí)行計(jì)算機(jī)。這類機(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)場編程計(jì)算機(jī)。這類機(jī)器的典型例子就是ASIC電路，F(xiàn)PGA這種。直接針對特定的需求構(gòu)建邏輯電路，然而，由于存在笛卡爾積的問題，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在地址總線上發(fā)射一個(gè)地址到內(nèi)存。
- 內(nèi)存把特定地址對應(yīng)的數(shù)據(jù)返回到數(shù)據(jù)總線。
看起來，通用計(jì)算機(jī)就是通過指針完成所有工作的。CPU沒有能力直接操作內(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，這就是匯編語言：
然而，這樣太麻煩了，C語言隨著簡單通用的UNIX操作系統(tǒng)而生，下面的語句看起來更加方便：
C語言直接映射了CPU的工作方式，而且是用極其簡單的方式，這就是C語言的藝術(shù)。
這就是C指針的背景。在那個(gè)年代，人們還沒有渴望計(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語言。
于是，我們說，C語言的精華就是指針，指針是C語言的一切。我們可以沒有if-else語言，我們可以沒有switch-case語句，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：
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！
我們再看存儲(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就是一堆毫無用處的門電路，換句話說，?一切來自內(nèi)存！操作內(nèi)存就必然要用指針！
其實(shí)，C語言就是簡化版的匯編語言。最終，C語言接力匯編用指針創(chuàng)造了世界。
不管怎么樣，C語言是面向計(jì)算機(jī)的編程語言，而不是面向業(yè)務(wù)的編程語言，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語言深受黑客，編程手藝人這種計(jì)算機(jī)本身的愛好者喜愛，卻不被業(yè)務(wù)程序員待見，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，由此而來的就是復(fù)雜的分段，分頁，訪問控制，MMU等機(jī)制，當(dāng)然，這些機(jī)制和CPU依靠指針訪問內(nèi)存的工作方式并不沖突。
把C語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C指針完美詮釋了OOD，list_head是世界的基類！
通過container_of宏，list_head可以轉(zhuǎn)換為任意對象：
這個(gè)轉(zhuǎn)換背后的依賴，正是指針：
然而，C語言依然對業(yè)務(wù)編程不友好，前面說了，C語言映射的就是計(jì)算機(jī)工作方式本身，若想用好C語言，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，隨著越來越復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯出現(xiàn)，越來越多的職業(yè)程序員開始成了多數(shù)派，他們開始使用更加業(yè)務(wù)友好的語言，Java，Go便成功了。
不能說這些業(yè)務(wù)編程語言沒有指針，只是它們隱藏了指針而已，它們對程序員暴露了更加對業(yè)務(wù)友好的編程接口和語法，自己在底層處理指針問題，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。
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