Указатели
Указатель - это переменная, значением которой является адресс другой переменной. Так как указатель может ссылаться на переменные разных типов, с указателем в языке Си связывается тип того объекта, на который он ссылается. Для описания указателей используется операция косвенной адресации *. Например, указатель целого типа uk описывается так : int *uk. Унарная операция &, примененная к некоторой переменной, показывает, что нам нужен адресс этой переменной, а не ее текущее значение. Если переменная uk объявлена как указатель, то оператор присваивания uk=&x означает: "взять адресс переменной x и присвоить его значение переменной-указателю uk".
Унарная операция *. примененная к указателю, обеспечивает доступ к содержимому ячейки памяти, на которую ссылается указатель. Например, *uk можно описать словами как "то, что содержится по адресу, на который указывает uk". Указатели могут использоваться в выражениях. Если. например, переменная uk указывает на целое x, то *uk может во всех случаях использоваться вместо x; так, *uk+1 увеличивает x на единицу, а *uk=0 равносильно x=0. Два оператора присваивания uk=&x;y=*uk; выполняет то же самое, что и один оператор y=x. Польза от применения указателей в таких ситуациях, мягко выражаясь, невелика.
Наиболее полно их преимущества при обработке массивов и, в частности, символьных строк. Указатели и массивы тесно связаны друг с другом. Прежде чем рассмотреть эту связь подробно, заметим, что если uk - некоторый указатель, то uk++ увеличивает его значение и он теперь указывает на следющий, соседний адресуемый объект. Значение uk используется в выражении, а затем увеличивается. Аналогично определяются операции uk--, ++uk, --uk. В общем случае указатель uk можно скаладывать с целым числом i. Оператор uk+=i передвигает ссылку на i элементов относительно текущего значения. Эти конструкции подчиняются правилам адресной арифметики.
А теперь вернемся к массивам. Пусть имеется описание int a[5]; Оно определяет массив размером 5 элементов, т.е. пять последовательно расположенных ячеек памяти a[0], a[1], a[2], a[3], a[4]. Адресс i-го элемента массива равен сумме адреса начального елемента массива и смещения этого элемента на i единиц от начала массива. Это достигается индексированием: a[i]-i -й элемент массива. Но доступ к любому элементу массива может быть выполнен и с помощью указателей, причем, более эффективно. Если uk -указатель на целое, описанный как int *uk, то uk после выполнения операции uk=&a[0] содержит адресс a[0], а uk+i указывает на i -й элемент массива. Таким образом, uk+i является адрессом a[i], а *(uk=1) - содержимым i- го элемента(операции * и & более приоритетны, чем арифметические операции). Так как имя массива в программе отождествляется с адресом его первого элемента, то выражение uk=&a[0] эквивалентно такому: uk=a. Поэтому значение a[i] можно записать как *(a+i). Применив к этим двум элементам операцию взятия адреса, получим, что &a[i] и a+i идеитичны.
Раньше, в связи с использованием функции scanf, мы говорили, что применение указателей в качестве аргументов функции дает способ обхода защиты значений вызывающей функции от действий вызванной функции. На примере ниже приведен текст программы с функцией obmen(x,y), которая меняет местами значения двух целых величин. Так как x,y - адреса переменных a и b, то *x и *y обеспечивают косвенный доступ значениям a и b. К сказанному добавим, что использование указателей позволяет нам обходить ограничения языка Си, согласно которым функциям может возращать только одно значение.
Если в качестве функции передается имя массива, то оно фактически определяет адрес начала массива, т.е. является указателем. В качестве илюстрации напишем очередную версию функции length, вычисляющей длину строки. Если имя массива передается функции, то в самой функции можно исходить из того, что она работает с массивом, а можно исходить из того, что она работает с указателем.
- /*обмен a и b */
- obmen(int *x,int *y)
- {
- int t;
- t=*x;
- *x=*y;
- *y=t;
- }
- #include <stdio.h>
- main()
- {
- int a,b;
- a=3;b=7;
- obmen(a,b);
- printf("a=%d b=%d",a,b);
- }
В определении функции формальные параметры char s[] и char *s совершенно идеитичны. Операция s++ увеличение на единицу текущее значение указателя, первоначально указывающее на первый символ строки, а операция *s!='\0' сравнивает очередной символс признаком конца строки.
- /*длина строки*/
- length(s)
- char *s;
- {
- int i;
- for(i=0; *s!='\0';s++) i+++;
- return(i);
- }
Кроме ранее расмотренных операций адресной арифметики, к указателям можно применить операции сравнения == и !=. Даже операции отношения Б <,>= и т.п. работают правильно, если указатели ссылаются на элементы одного и того же массива. В последнем случае возможно даже вычитание ссылок: если u и s ссылаются на элементы одного массива, то u-s есть число элементов между u и s. Используем этот факт для составления еще одной версии функции length. Cначала u указывает на первый символ строки (char *u =s). Затем в цикле по очереди проверяется каждый символ, пока в конце концов не будет обнаружен "\0". Разность u-s дает как раз длину строки.
- /*длина строки*/
- length(s)
- char *s;
- {
- char *u=s;
- while(*u!='\0')
- u++;
- return(u-s);
- }
Для илюстрации основных аспектов применения указателей в СИ рассмотрим функцию копирования строки s1 в строку s2. Сначала приведем версию, основанную на работе с массивами
- /*копия строки*/
- vcopy(s1,s2)
- char s1[],s2[];
- {
- int i=0;
- while((s2[i]=s1[i])!='\0') i++;
- }
Для сравнения рядом помещена версия с использованием указателей.
- /*копия строки*/
- copy(s1,s2)
- char *s1,*s2;
- {
- while((*s2=*s1)!='\0')
- {
- s2++;s1++;
- }
- }
Здесь операция копирования помещена непосредственно в условие, определяющее момент цикла: while((*s2=*s1)!='\0'). Продвижение вдоль массивов вплоть до тех пор, пока не встретится "\0", обеспечивают операторы s2++ и s1++. Их, однако, тоже можно поместить в проверку.
- /*копия строки*/
- copy(s1,s2)
- char *s1,*s2;
- {
- while((*s2++=*s1++)!='\0');
- }
Еще раз напомним, что унарные операции типа * и ++ выполняются справа налево. Значение *s++ cесть символ, на который указывает s до его увеличения. Так как значение "\0" есть нуль, а цикл while проверет, не нуль ли выражение в скобках, то это позволяет опустить явное сравнение с нулем. Так постепенно функция копирования становится все более компактной и ... все менее понятной. Но в системном программировании предпостение чаще отдают именно компактным и, следовательно, более эффективным по быстродействиб программам.
- /*копия строки*/
- copy(s1,s2)
- char *s1,*s2;
- {
- while(*s2++=*s1++);
В языке Си, что некоторая литерная строка, выраженная как "строка" , фактически рассматривается как указатель на нулевой элемент массива " строка". Допускается, например, такая интересная запись:
char *uk; uk="ИНФОРМАТИКА";
Последний оператор присваивает указателю адрес нулевого элемента строки, т.е. символа "И". Возникает вопрос, где находится массив, содержащий символы "ИНФОРМАТИКА"? Мы его нигде не описывали. Ответ такой: эта строка - константа; она является частью функции, в которой встречается, точно также, как целая константа 4 или символьная константа "А" в операторах i=4; c="A";. Более детально пояснит сказанное программа ниже, которая печатает строку символов в обратном порядке.
- #include <stdio.h>
- main()
- {
- char *uk1,*uk2;
- uk1=uk2="ИНФОРМАТИКА";
- while(*uk2!='\0')
- putchar(*uk2++);
- putchar('\n');
- while(--uk2 >= uk1)
- putchar(*uk2);
- putchar('\n');
- }
В самом начале указателям uk1 и uk2 присваивается начальный адресс строки "ИНФОРМАТИКА". Затем строка посимвольно печатается и одновременно указатель uk2 смещается вдоль строки. В конце вывода uk2 указывает на последний символ исходной строки. Во втором цикле while все тот же указатель uk2 начинает изменяться в обратном направлении, уменьнаясь до тех пор, пока он не будет указывать на нулевой элемент массива, обеспечивая выдачу строки в обратном порядке.
