我学习 C++ 遇到的第一个难以理解的点就是指针，一级指针多级指针搞得晕头转向，为了理解指针，早些年看了很多文章也看过许多视频。当时我都是这么类比的：变量就是我的名字，指针就是我的住址，引用就是我的别名，二级指针是住址的住址，三级指针那就是住址的住址的住址，再往后以此往下类推。
1. 类比法理解
int main() {
// 定义变量
int number = 1;
// 获取指针
int* p_number = &number;
// 通过指针操作变量赋值
*p_number = 2;
// cout << "number = " << number << endl;
return 0;
}
以上是一个最简单的代码，number 就是变量的名字，p_number 就是通过变量拿到了住址，*p_number 通过住址找到变量，可以间接的操作变量赋值 。这样理解几乎能解决所有开发中遇到的问题，除非特别复杂奇怪的场景。那后面 new 对象出来的指针呢？其实本质上也都是一样的。
2. 从计算机电路来理解指针
所谓类比，只是方便大家记忆，其实就是说完全不是这么一回事。在计算机看来，变量、指针、住址、别名等等这些，都是不存在的，唯一存在的就是内存高低电压（地址）。接下来，我们试着从计算机电路的角度来理解指针。
汇编结果.png
这图是我们上面的代码编译出来的结果，红色标记的是 cpu 最终要执行的机器码指令，这里是以 16 进制来呈现的，最终编译出来是 101101...... 这样。蓝色标记（希望我没色盲）的是汇编指令，这个是编译的中间产物代码，为了方便我们理解所以我把汇编指令也放出来了。汇编和机器码指令这些不在本文详细解释，不是我们本文的重点，后面我会陆续写一些文章。写文章实在是太耗时间了，一篇文章几乎花掉我一周的业余时间，但视频我可能 10 分钟就能讲清楚。这里我简单用文字解释，大家感兴趣可以去这个网站实践代码：compiler explorer
int number = 1;
// 对应如下
mov DWORD PTR [rbp-0xc],0x1
int* p_number = &number;
// 对应如下
lea rax,[rbp-0xc]
mov QWORD PTR [rbp-0x8],rax
*p_number = 2;
// 对应如下
mov rax,QWORD PTR [rbp-0x8]
mov DWORD PTR [rax],0x2
- mov DWORD PTR [rbp-0xc],0x1：cpu 读到这条指令将向内存地址 [rbp-0xc] 写入 0x1
- lea rax,[rbp-0xc]：cpu 读到这条指令将 [rbp-0xc] 的地址值赋值给 rax 寄存器
- mov QWORD PTR [rbp-0x8],rax：cpu 读到这条指令将 rax 寄存器的值写入 [rbp-0x8] 内存地址
- mov rax,QWORD PTR [rbp-0x8]：cpu 读到这条指令将 [rbp-0x8] 的值赋值给寄存器 rax
- mov DWORD PTR [rax],0x2：cpu 读到这条指令将向 rax 内存地址上存的值当作目标地址，写入 0x2，注意这里的 rax 用 [ ] 围起来了
2.1 cup 操作内存地址
cpu 操作内存简图.png
- cpu 通过地址总线可以选择操作内存条上的某个位置，早期 cpu 只有 20 根地址总线内存只有 1M，现在一般都有 32 根地址线那么就可以达到 4GB。这个就是我们本文所说的内存地址
- cpu 通过读写操作线可以选择是读入数据还是写入数据
- cpu 通过数据总线把数据写入内存条，也可以从内存中把数据读入寄存器，32 根线代表我们一次能读取 32 位数据，64 根代表我们一次能读取 64 位数据，也就是我们常说的 32 位计算机与 64 位计算机
现在我们可以来尝试着翻译一下 cup 是如何操作内存地址的了，注意此处省略 cpu 读取指令的操作等等细节，对应代码如下：
int* p_number = &number;
翻译成汇编代码如下：
lea rax,[rbp-0xc]
mov QWORD PTR [rbp-0x8],rax
翻译成 cpu 机器指令如下：
01001000100011010100100111110100
01001000100010010100100111111000
假设我们现在 rbp 寄存器的值存的是 0x0f0f0f0d（32位计算机）第一条指令不需要操作内存，把寄存器 rbp 的值减掉 12 存到 rax 寄存器上，执行完第一条指令后，寄存器 rax = rbp - 12 = 0x0f0f0f01。第二条指令需要操作内存，把 rax(0x0f0f0f01) 的值写入到 0x0f0f0f0f5 的内存地址上。将上图的读写操作线设置为写，往读写操作线上传输高低电压来控制读写。往地址总线上传输高低电压来选择地址，32 根地址总线上传输高低电压为 00001111000011110000111100001001（0x0f0f0f0f5）往 32 根数据线上传输高低电压为 00001111000011110000111100000001（0x0f0f0f01）执行完当前指令后，以此类推再去读取下一条指令，继续执行代码。
2.2 cup 内部构造
cpu 芯片的内部构造.png
- 寄存器：像上面的 rax、rbp 代表的都是 cpu 内部的寄存器，这些电路用来临时存放数据，有记忆功能
- 计数器：从哪里开始取指令，取完第一条指令执行完就要去取下一条指令，有计数功能
- 计算器：有些指令需要做加减乘除，有计算功能
- 控制器：读取指令译码，操作执行指令，控制内存、IO 等，有控制功能
无论多复杂的 CPU 内部都是由电子元器件（主要是晶体管）组成的数字电路，寄存器电路最简单，控制器电路最复杂。这些不在本文的范围内，我有打算后面录制一些科普视频，从电子元器件 -> 数字电路(门电路) -> CPU 内部的详细电路。关于 CPU 芯片卡脖子的制造工艺和历史，我推荐我们 WXG 的微信读书 App 里面的《芯片战争》
3. 最后杂谈
高级语言 -> 汇编语言 -> cpu工作原理 -> 数字电路，再加上数据结构算法、编译原理、操作系统和虚拟机。这个是我的一个学习路径，仅供大家参考。知识浩瀚无限，人的精力和时间却有限，仅仅是一个 linux 操作系统就有上千万行代码，所以我也是一无所知。原则上我们需要尽可能熟悉我们工作的下一层原理，比如以前我做 Android 的时候会花尽可能多的精力去阅读 Framework 的源码，所以之前对于 Android 的分享到 Framework 就打止了。我现在做 iOS 和 C++ 需要了解的就更多了一些。
现代计算机很复杂，我上面画的图非常简单，比如 CPU 内部现在一般都是多核、指令执行有指令流水线、cpu 内部还有多级的快速缓存。我们移动端开发的应用都是运行在操作系统上的，对于我们应用层来说都是虚拟地址，操作系统加上硬件一起配合才会转成真实的物理地址。早期的计算机并没有这么复杂，更有利于大家学习，所以推荐大家先去了解本质，从简单上手再到复杂。
有些语言看似很复杂，但只要是跑在计算机上，那么本质都是一样的。汇编、c/c++、OC、swift 等等只是语法可能有点不一样，但是最终本质大家都是一样的。有些语言依赖虚拟机比如 Java 语言，但 Java/Android 虚拟机是 C/C++ 参杂汇编写的。有些语言依赖解释器比如 python，解释器也 是 C/C++ 参杂汇编写的。学习一门语言的语法其实不用花太多时间，我记得之前从 Android 转到 iOS 开发也就用了一周的时间，关键还是我们对于底层原理的熟悉。
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