寻址野史

hechengjin 发表于 2016-6-30 08:55:16

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http://zhangxiaoyang.me/drafts/categories/weixin/images/zhenhuan-muyu.jpg蓦然回首，那人却在，灯火阑珊处。1 众里寻她后花园三千佳丽，身处在如此众多的美人之中，作为后花园之主，该如何寻找心仪的美人度此良宵呢？历代君主想出了很多方法来寻找今夜伴侣，比如，晋武帝司马炎发明了“骑羊找美人”的方法，羊之去处便是今夜留宿之处；唐玄宗李隆基则提出了“掷骰子”法，谁掷骰的大就跟谁睡啦。虽有各种“寻美人”之法，但是大多是君主的一时兴起之选，没有制度化，不够规范。为博龙颜悦，管理好君主的夜生活，“翻牌子”制度应运而生。每一个美人会对应一张“名牌”，君主从中名牌中选择今夜侍寝之人。这种方法非常类似现在的O2O和各种到家服务，线上寻找服务，线下享受服务，棒！http://zhangxiaoyang.me/drafts/categories/weixin/images/fanpaizi.jpg何谓“翻”？何谓“牌子”？先说“牌子”，牌子与美人是一一对应的关系，每一张名牌对应唯一的一个美人，每一个美人对应唯一的一张名牌。“翻”的目的在于找到心仪的美人，“翻”的方法却有很多，比如，可以从牌子中选择，也可以直接喊美人过来（“小雁子，昨天的美人不错，让她再来一次”），甚至都无需说话，一个手势便明了了，就是她！http://zhangxiaoyang.me/drafts/categories/weixin/images/6+1.jpg2 寻址CPU拥有计算机硬件资源的绝对控制权，对于一台8GB内存的计算机，即$8*1024^3B$=80多亿个内存单元，相当于有80多亿个佳丽啊，突然觉得我的后花园弱爆了！如何定位内存单元？只有定位到心仪的内存单元，才能够写入和读取数据。CPU为了享受到这些内存单元，必须解决这个问题。否则的话，很有可能翻的是嬛嬛却召见了皇后，多桑心啊。历史总是惊人的相似。CPU也使用类似“翻牌子”的方法寻找数据。CPU的体系结构规定，每一个内存单元都有一张名牌，通过名牌可定位到存储数据的地方，数据的写入和读取便容易了许多。为了让学习各种高级语言的人搞不懂这些概念，搞CPU的人给名牌起了一个抽象的名字——地址（Address）。CPU翻牌子（定位内存单元）的方法被称作寻址方式（Addressing Modes），寻址方式是CPU控制内存的基石。（明明寻找的是内存单元，是数据，为啥叫做“寻址”呢！）2.1 寻址方式不同的CPU可能使用不同的体系结构，这就导致其指令集、寻址方式有所不同。总的来说，数据寻址方式主要有以下7种：注：DS=2000H, BX=1234H, SI=1234H, (28054H)=3050H, (21234H)=6789H, (22234H)=7000H, (22468H)=8000H, (22478H)=9000H。表示内存数据段（DS）中偏移地址X位置所存储的数据, (X)表示地址X中存储的数据。
[*]立即寻址方式 MOV AX, 1234H，则AX=1234H
[*]寄存器寻址方式 MOV AX, BX，则AX=1234H
[*]直接寻址方式 MOV AX, ，则AX=(20000H+8054H)=(28054H)=3050H
[*]寄存器间接寻址方式 MOV AX, ，则AX=(20000H+1234H)=(21234H)=6789H
[*]寄存器相对寻址方式 MOV AX, ，则AX=(20000H+1234H+1000H)=(22234H)=7000H
[*]基址加变址寻址方式 MOV AX, ，则AX=(20000H+1234H+1234H)=(22468H)=8000H
[*]相对基址加变址寻址方式 MOV AX, ，则AX=(20000H+1234H+1234H+10H)=(22478H)=9000H
可以看到，对于要寻址的数据，可能来自指令（立即数）、寄存器（CPU）、内存；当数据来自内存的时候，我们需要指定内存的地址，而内存地址可能来自指令（立即数）、寄存器；当数据来自寄存器的时候，我们需要指定寄存器名称，而寄存器名称来自指令。有一种万剑归宗的感觉啊哈，源头便是指令。还有一种寻址方式——指令寻址。指令寻址与数据寻址不同，前者是寻找指令并执行，后者是寻找数据并计算。2.2 指令与数据指令，数据，还有那漆黑的未知，他们都静静躺在内存中。以开关的形式，安逸习惯，沉睡麻木，半生半死。指令可以改变数据，数据可以作为指令，指令与数据本一物，或者说根本就没有指令和数据，不过是一堆开开关关的门电路。本来无一物，何必惹尘埃。http://zhangxiaoyang.me/drafts/categories/weixin/images/matrix.jpg3 指针内存地址不过是各个内存单元所拥有的名牌，他们无父无母，无名无姓，只有那一串地址。把玩地址，着实不是高级语言的使用者的爱好。我们不关注28054H这个地址里放的是什么，更关心对数据结构的操作和使用。3.1 变量与指针高级语言里的名牌不是地址，而是变量。除了对这些变量的写入和读取，我们还时常会发个快递，把一些变量传递给其他函数使用，比如这样：

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void needBook(float price) {
//...
}
int main() {
float price = 50.0f;
needBook(price);
return 0;
}

有时候我们传的数据会很大，比如这样：

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void needBook(Book book) {
//...
}
int main() {
Book book("Effective C++", "这是一本好书", ...);
needBook(book);
}

这样是OK的，但是有点笨拙。怎么说呢，就像我有一本书，你想看，然后我就把每一页都抄了下来，制作了一本新的书，给你了。我可以直接把原始的书给你的嘛！任何数据都是有地址的，所以，一个很自然的想法是把数据的地址传过去，这样就快多了。

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void needBook(Book* pBook) {
//...
}
int main() {
Book book("Effective C++", "这是一本好书", ...);
needBook(&book);
}

其中，特别需要介绍pBook，即指针。其实这不过是玩高级语言的人为了报复搞CPU搞汇编的那帮人而提出的概念。高级语言的指针、内存中的地址，不过是内存单元的名牌罢了。不过，还是有些许不同。高级语言的名牌（指针）具有类型的概念，这样不仅可以定位内存单元，还可以知道需要使用几个内存单元。比如，int* age;是一个整数类型的指针，指针指向的内存区域使用了4个内存单元来存储整型数据（32位机器）。3.2 深拷贝、浅拷贝指针使用不当也会带来一些问题，比如拷贝问题。如果你执意要制作一本新书，然后可以做笔记啊什么的，比如这样：

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void copy(Book book) {
//...
}
int main() {
Book mybook;
copy(mybook);
}

这样按理说应该没事啊。但是，如果我们的Book是这样定义的时候就容易引发一些问题：

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struct Note {
char author[255;
char content[10240;
};

struct Book {
char name[255;
char content[10240;
Note* pNote;
};

注意到Book有一个成员变量是pNote，表示这本书对应的笔记。如果使用copy来获取一本新书，这会导致name、content、pNote在拷贝之后存储的数据完全一样。pNote存储的是一个地址，这意味着我们都拥有了我所写的笔记的地址，你我都可以修改我的笔记。有时候，有某个变量的地址是件很危险的事情，因为你的初衷可能是复制一份自己用，但是当你修改这个地址所存储的数据的时候，将会影响其他使用该数据的人。因此，我们是需要知道拷贝的深不深，即深拷贝和浅拷贝。浅拷贝是复制一个副本，指针还是指向原始的数据；深拷贝是每一个部分都要是全新的，对其作出的任何修改都不会影响原始数据。当我们需要修改拷贝出的数据时，就需要考虑是否该进行深拷贝了。

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//浅拷贝
void shallowCopy(Book book) {
Book newBook = book;
//...
}

//深拷贝
void deepCopy(Book book) {
Book newBook = book;
book.pNote = new Note();
strcpy(newBook.pNote->author, book->author);
strcpy(newBook.pNote->content, book->content);
//...
}

3.3 引用指针比直接使用内存地址要方便的多，但是太过灵活了，只要你开心，可以有多级指针，即指针的指针。C++还提供了“引用”，比如这样：

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void needBook(Book& book) {
//...
}
int main() {
Book book("Effective C++", 50.0f, ...);
needBook(book);
}

与指针不同，指针需要调用者和被调用者协商好，调用者要取地址needBook(&book);，被调用者要指明指针类型的参数void needBook(Book* pBook);。而对于引用来说，调用者再也不用考虑要不要取地址了，被调用者可以选择接受的是变量还是变量的地址，void needBook(Book book);或void needBook(Book& book);。3.4 再看变量C++中的变量和Python中的变量可以代表变量的两大派系，前者需由程序员完成内存管理和垃圾回收工作，后者则由Python自己搞定，这便导致了不同的变量管理方案。对于C++来说，int a=1;表示把数字1放到a盒子里面；当继续执行a=2;的时候，会把数字2放到a盒子，而其原来的内容会被清空。对于int b=a;来说，会把a盒子的内容复制到b盒子中。而对于Python来说，a=1表示数字1被贴上了a标签；当继续执行a=2的时候，数字2会被贴上a标签，因为a标签只有一个，所以在贴到数字2之前会先从数字1上撕下来。对于b=a;来说，会把b标签贴到a标签贴的数字上面，即数字2。http://zhangxiaoyang.me/drafts/categories/weixin/images/variable-c++-python.jpg此时，再看以下Python代码便不再会那么惊讶。x本来贴在数字1上，change把局部变量x贴到了数字2上，但是x还是贴在数字1上：

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def change(x):
x = 2

x = 1
change(x)
print x # 1

x本来贴在某一个列表上，起初列表中只有一个数字1，change把修改了局部变量x所贴的列表（增加了数字2），由于x和局部变量x都贴到了同一个列表，所以列表的元素被修改了：

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def change(x):
x.append(2)

x = [1
change(x)
print x #

通过以上两个栗子可以看到，Python的等号并不是赋值，而是重新贴标签。而重新贴标签意味着失去对原始数据的控制，不能进行修改了。所以，第一个栗子不能够修改x，第二个栗子则可以修改x。如果我们硬要修改第一个栗子中的x，可以这样：

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def change(x):
x.assign(2)

x = 1
change(x)
print x # 2

坏消息是，整数类型的x并没有assign这个方法，好消息是，我们可以让他有（尽管不怎么优雅）：

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class MyInt:
def __init__(self, v):
   self._v = v
def assign(self, v):
   self._v = v
def __repr__(self):
   return str(self._v)

def change(x):
x.assign(2)

x = MyInt(1)
change(x)
print x # 2

参考
[*]http://www.le.com/ptv/vplay/1562265.html
[*]http://800088268.114.qq.com/ndetail_6600.html
[*]http://www.qulishi.com/news/201411/20761.html
[*]https://wizardforcel.gitbooks.io/feng-kuang-de-cheng-xu-yuan/content/9.html
[*]http://baike.sogou.com/h630874.htm?sp=Sprev&sp=l61448132
[*]http://www.ituring.com.cn/article/26636
[*]http://0opslab.com/2016/01/08/CPU的七种寻址方式/
[*]http://semema.com/wp-content/gallery/matrix/matrix-cocoons.jpg
[*]http://foobarnbaz.com/2012/07/08/understanding-python-variables/

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