C 記憶體地址：初學者指南

你好，有志於成為程序員的你！今天，我們將要深入探索 C 語言中記憶體地址的奇妙世界。別擔心如果你之前從未寫過一行代碼——我會一步步引導你理解這個概念，就像我過去幾年來對無數學生所做的那樣。讓我們一起踏上這個令人興奮的旅程吧！

記憶體地址是什麼？

想像一下你的電腦記憶體是一個巨大的公寓大樓。每個公寓（或記憶體位置）都有一個獨特的地址。在 C 語言編程中，你創建的每個變量就像是在這個大樓中租了一個公寓。記憶體地址簡單來說就是你的變量在電腦記憶體中的「街道地址」。

我們來看一個簡單的例子：

#include <stdio.h>

int main() {
int age = 25;
printf("age 的值: %d\n", age);
printf("age 的地址: %p\n", (void*)&age);
return 0;
}

當你運行這段代碼時，你會看到類似於以下內容：

age 的值: 25
age 的地址: 0x7ffd5e8e1e44

那個奇怪的數字（0x7ffd5e8e1e44）就是我們 'age' 變量的記憶體地址。它是以十六進制格式顯示的，這也是為什麼它看起來有點陌生！

記憶體的分段

現在，讓我們來討論我們記憶體公寓大樓中的不同「社區」。在 C 語言中，記憶體被分為幾個部分：

1. 文本段：這裡存放的是你的程序的指令。
2. 數據段：這個區域存儲全局和靜態變量。
3. 堆疊：局部變量和函數調用在此處存放。
4. 堆：這裡是動態記憶體分配發生的地方。

以下是一個簡單的視覺化：

+----------------+
|   文本段       |
+----------------+
|  數據段        |
+----------------+
|     堆疊      |
|      ↓ ↑       |
|                |
|                |
|      ↑ ↓       |
|     堆        |
+----------------+

存取記憶體地址

在 C 語言中，要存取一個變量的記憶體地址，我們使用 '&' 運算符。讓我們擴展我們之前的例子：

#include <stdio.h>

int main() {
int age = 25;
int *ptr = &age;

printf("age 的值: %d\n", age);
printf("age 的地址: %p\n", (void*)&age);
printf("ptr 的值: %p\n", (void*)ptr);
printf("ptr 所指地址的值: %d\n", *ptr);

return 0;
}

這段代碼引入了指針。指針是一個存儲記憶體地址的變量。在這個例子中，'ptr' 指向 'age' 的地址。

C 編譯器如何分配記憶體？

C 編譯器就像一個超高效的公寓經理。它根據你聲明變量的位置和方式以不同的方式分配記憶體：

1. 全局變量：存放在數據段
2. 局部變量：存放在堆疊
3. 動態分配：存放在堆

我們來看一個演示所有三種方式的例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int global_var = 10;  // 全局變量

void function() {
int local_var = 20;  // 局部變量
printf("local_var 的地址: %p\n", (void*)&local_var);
}

int main() {
int *heap_var = (int*)malloc(sizeof(int));  // 動態分配
*heap_var = 30;

printf("global_var 的地址: %p\n", (void*)&global_var);
function();
printf("heap_var 的地址: %p\n", (void*)heap_var);

free(heap_var);  // 不要忘記釋放動態分配的記憶體！
return 0;
}

當你運行這段代碼時，你會發現地址在不同的範圍內，這反映了它們在記憶體中的不同位置。

C 語言中常見的記憶體相關函數

以下是一些 C 語言中常見的用於記憶體操作的函數：

函數	描述	使用方法
malloc()	在堆上分配記憶體	ptr = malloc(size)
calloc()	分配並將記憶體初始化為零	ptr = calloc(n, size)
realloc()	改變先前分配記憶體的大小	ptr = realloc(ptr, new_size)
free()	釋放記憶體	free(ptr)
memcpy()	從一個位置拷貝記憶體到另一個位置	memcpy(dest, src, size)
memset()	將一塊記憶體設置為特定值	memset(ptr, value, size)

記住，能力越大，責任越大！永遠要釋放動態分配的記憶體以避免記憶體泄漏。

結論

恭喜你！你剛剛踏出了進入 C 語言記憶體管理世界的第一步。起初，這可能會讓人感到有些不知所措，但隨著練習，你會變得越來越熟悉這些概念。

記住，理解 C 語言中的記憶體就像學習在一個新城市中導航。起初，一切看起來都很混亂和外來。但隨著你進一步探索，你會開始認識到里程碑，並理解所有事物是如何融為一體的。

持續練習，保持好奇心，並不怕犯錯誤——這是我們學習的方式！願你編程愉快，未來的 C 語言程序員！

Credits: Image by storyset