Для работы со встраиваемыми системами критически важно хорошо программировать на языке C и иметь четкое представление о смысле указателей (здесь приведен перевод статьи [1]). Указатель так важен потому, что он позволяет программисту получить доступ к памяти системы самым быстрым и эффективным способом (что для встраиваемых систем критически важно). Память системы организована как последовательность байт (1 байт состоит из 8 битов). Если, к примеру, общая память в системе имеет размер 128 байт, то здесь будет 128 доступных ячеек, каждая из которых будет байтом, который можно прочитать и записать. Все 128 ячеек памяти будут пронумерованы числами от 0 до 127 специальным способом, примерно так: 0000, 0001, 0002, ... и т. д. Это число, связанное с каждым байтом, называется адресом ячейки памяти.

Ниже на рисунке для иллюстрации всей идеи показана организация памяти некогда очень популярной архитектуры 8051.

Указатель это переменная, которая содержит адрес ячейки памяти. Если, к примеру, адрес ячейки 2050H, то указатель используется для того, чтобы хранить в себе это значение адреса.

Примечание: адрес ячейки памяти это всегда положительное целое число. Диапазон адресов простирается от 0 (адрес первой ячейки памяти; часто этот адрес имеет специальное назначение, об этом позже) до положительной целочисленной константы (которая является адресом последней ячейки памяти).

[Переменные указателей]

Мы можем использовать переменные для хранения адресов памяти, и такие переменные известны как переменные указателей. Обычные переменные используются для хранения в себе значений каких-то данных определенного типа  (char, int, float и т. д.). Перед использованием переменной в программе мы сначала её декларируем. Специальным образом нам нужно также декларировать переменные и для указателей – чтобы компилятор знал, что мы декларируем переменную как указатель (это не обычная переменная). Делается такая декларация с помощью оператора *, это так называемый оператор косвенного обращения на языке C (indirection operator), иногда его называют оператором разыменования.

Общий синтаксис декларации указателя следующий:

тип_данных *имя_переменной;

Пример:

int *ptr;

Здесь мы декларировали переменную указателя с именем ptr, и этот указатель предназначен для указания на первую ячейку памяти, где находится значение типа int.

Почему для указателей нужно указывать тип данных? По некоторому адресу в памяти могут содержаться какие-то данные, и это понятно. И это может быть данные любого типа char, int, float, даже структура, и т. д. Разница между типами в том, что они могут занимать для себя разное количество памяти. Char требует 1 байт, int может требовать 2 байта (хотя это не всегда так), и float занимает 4 байта. Память, выделенная для всех этих типов это последовательность из нескольких непрерывно следующих друг за другом байт.

Давайте рассмотрим сценарий наподобие следующего, в программе определены 3 переменные:

char a;

int b;

float c;

Предположим, что память системы начинается с адреса 2000H. Теперь символьная переменная 'a' будет находиться по адресу 2000H (и займет в памяти 1 байт), тогда как int-переменная 'b' займет 2 байта и будет находиться по адресам 2001H и 2002H. И наконец, последняя float-переменная 'c' займет 4 байта, и они будут находится в расположенных друг за другом байтах памяти с адресами 2003H, 2004H, 2005H, 2006H. Теперь Вы можете догадаться, зачем надо указывать типы данных, чтобы объявить переменную указателя. Причина в том, что области памяти под переменные выделяются в последовательных, находящихся друг за другом байтах памяти, и количество выделенных байт зависит от типа переменной, которая в них содержится.

Примечание: показанное в этом примере распределение памяти типично для 8-разрядных систем, таких как MSC-51 и AVR. Для 16-битных и 32-разрядных систем реальное распределение памяти для переменных может быть другим, что связано с выравниванием данных в памяти с целью более эффективного использования особенностей процессора.

Таким образом, когда мы декларируем переменную указателя как float *ptr, и затем присваиваем ей адрес обычной float-переменной c, то для компилятора устанавливается привязка указателя ptr ко всей области памяти от 2003H до 2006H. Но сама переменная ptr будет хранить в себе только начальный адрес блока памяти переменной (т. е. в нашем примере это 2003H), а тип указателя будет указывать для компилятора размер этого блока.

Следовательно, чтобы компилятор мог корректно интерпретировать содержимое памяти, соответствующее указателю, для указателя должен быть при декларации указан тип данных. И этот тип данных должен совпадать с типом данных, которые находятся по адресу переменной – тому адресу, который присваивается переменной указателя. Например, если адрес 2000H будет присвоен указателю ptr, то указателю будет соответствовать память, в которой находится символьная переменная 'a'. В этом случае переменная указателя ptr должна быть декларирована с типом char, как показано ниже:

char *ptr;

Примечание: фактически мы могли бы декларировать переменную указателя без какого либо типа данных, используя ключевое слово void. Тогда получится так называемый пустой указатель.

[Присваивание адреса переменной указателя]

Чтобы можно было использовать указатель и его возможности, указателю должен быть присвоен адрес переменной. Указателю можно присвоить адрес как одиночной переменной, так и адрес массива, так и адрес структуры, и адрес переменной класса, и даже адрес переменной указателя. Это делает указатели особенно мощным (но и достаточно опасным при неумелом использовании) инструментом в программировании на языке C. Мы можем играючи обращаться с памятью системы, используя указатели.

Чтобы присвоить адрес переменной указателя мы используем оператор & (оператор взятия адреса переменной). Оператор & возвратит начало места в памяти, где расположена переменная. Пример:

void main()
{
   int *ptr;   // Декларация переменной указателя типа int.
   int a;      // Декларация обычной переменной типа int. 
   ptr = &a;   // Присваивание адреса переменной a указателю ptr.
}

[Обращение к содержимому памяти по указателю]

Теперь мы знаем, как присваивать адрес переменной указателя. Но как можно в программе обратиться к содержимому переменной, адрес которой присвоен указателю? Для этого мы используем тот же оператор косвенного обращения *, который мы использовали для декларации переменной указателя. Операция взятия значения по указателю также называется разыменованием указателя.

Рассмотрим сценарий:

void main()
{
   int *ptr;   // Декларация переменной указателя ptr на тип int.
   int a = 10; // Декларация обычной переменной a, и присваивание ей значения 10.
   ptr = &a;   // Присваивание адреса переменной a указателю ptr.
   // Следующий оператор позволит увидеть значение переменной a, полученное
   // с помощью указателя ptr:
   printf("Значение, на которое показывает указатель = %d", *ptr);
}

Запуск этого кода выведет следующую строку:

Значение, на которое показывает указатель = 10

[Арифметические операции над указателями]

С типизованным указателями указателями (т. е. с такими указателями, для которых для декларации явно указан тип) можно использовать многие операции, которые доступны с целыми числами без знака: декремент --, инкремент ++, прибавление и вычитание константы. При этом будет меняться адрес, сохраненный в указателе на величину, кратную размеру типа указателя. Например, если прибавить к указателю на float константу 1, то сохраненный в указателе адрес увеличится на 4, потому что размер типа float равен 4 байтам.

void main()
{
   float *ptr;
   ptr = (float*)(0x2000);
   //Выведется значение 0x2000:
   printf("ptr = 0x%04X\r\n", ptr);
   ptr = ptr+1;
   //Выведется значение 0x2004:
   printf("ptr = 0x%04X\r\n", ptr);
}