C語言和指針之間的關(guān)系分析

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，當一個地址作為一個變量存在時，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)，我們從計算機模型說起。

宏觀看來，計算機可以分為兩類：

存儲-執(zhí)行計算機。
這類機器典型的例子就是我們平時使用的計算機，有一個CPU，有一個內(nèi)存，CPU僅包含運算邏輯，所有的指令和數(shù)據(jù)都在內(nèi)存中，內(nèi)存僅供存儲，不包含任何運算組件。
現(xiàn)場編程計算機。
這類機器的典型例子就是ASCI電路，FPGA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，不太適合通用計算。
我們看我們平時使用的存儲-執(zhí)行模型的計算機工作模式：

CPU在地址總線上發(fā)射一個地址到內(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，通用計算機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進行加工運算生成V1。
將V1存入特定地址A1。
太初，人們就是按照以上的這么個邏輯編程的，這就是匯編語言：

mov -0x4c(%rbp),%ebx
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：

int a = 10;
char *p = &a;
*p = 13;

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。在那個年代，人們還沒有渴望計算機幫助完成更復(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算機的行為，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：

int (*routine)[...]();
...
condition = calc(...);
routine[condition](argv);

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-執(zhí)行模型的計算機工作的必要條件！

我們再看存儲-執(zhí)行模型的計算機的工作方式：

給定一個地址，CPU就可以取出該地址的數(shù)據(jù)。
給定一個地址，CPU就可以寫入該地址一個值。
這意味著什么？

只要想讓CPU正常工作，就必須暴露整個內(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，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語言是面向計算機的編程語言，而不是面向業(yè)務(wù)的編程語言，它映射了計算機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，編程手藝人這種計算機本身的愛好者喜愛，卻不被業(yè)務(wù)程序員待見，因為擺弄指針確實太繁瑣復(fù)雜了，一不小心就會出錯。

存儲-執(zhí)行模型的問題在于，要設(shè)計復(fù)雜的帶外機制防止內(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等機制，當然，這些機制和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：

struct list_head {
struct list_head *next, *prev;
};

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：

/**
* container_of - cast a member of a structure out to the containing structure
* @ptr: the pointer to the member.
* @type: the type of the container struct this is embedded in.
* @member: the name of the member within the struct.
*
*/
#define container_of(ptr, type, member) ({ \
void *__mptr = (void *)(ptr); \
BUILD_BUG_ON_MSG(!__same_type(*(ptr), ((type *)0)->member) && \
!__same_type(*(ptr), void), \
"pointer type mismatch in container_of()"); \
((type *)(__mptr - offsetof(type, member))); })
這個轉(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語言映射的就是計算機工作方式本身，若想用好C語言，就必須要懂計算機原理，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，并不在乎計算機是如何工作的。

曾經(jīng)，計算機還是一群癡迷于技術(shù)本身的極客們的玩具，計算機是屬于他們的，他們用C編程，用Perl/Python/Bash粘合二進制程序。進入互聯(lián)網(wǎng)時代，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-執(zhí)行模型的計算機，指針就是一切。