Лекция 4. Указатели
#######################################################################################



Знакомство с указателями
===========================================================


Понятие указателя
-----------------------------------------------------------


Адресация
``````````````````````````````````````````````````````````





.. admonition::  Способы адресации


* прямая
* косвенная

  

*Прямой доступ*




.. code-block:: c

 int count=154;
 count++;
 printf("Address: %x\n",&count);



Понятие указателя
``````````````````````````````````````````````````````````



*Косвенный доступ*




.. code-block:: c

 int count=154;
 int*p=&count;
 (*p)++;
 printf("Address: %x\n",p);


 


**p** - переменная-указатель, используемая для хранения адреса переменной **count**.


Указатели на указатели
``````````````````````````````````````````````````````````

*Косвенный доступ второго порядка*


  

            



.. code-block:: c

 int count=154;
 int*p=&count;
 int**pp=&p;



* **p** - указатель на тип **int**.
* **pp** - указатель на указатель на тип **int**.
* ***pp**- доступ к значению **р** 
* ****pp** – доступ к значению **count**

Применение указателей
``````````````````````````````````````````````````````````

.. admonition::  Где применяются указатели?


* передача параметров в функцию;
* манипуляции адресами;
* повышение эффективности кода;
* организация динамических массивов;
* формирование связей между объектами;

Особенности работы с указателями
``````````````````````````````````````````````````````````

*Особенности:*


* указатель всегда объявляется на определенный тип;
* размер указателя определяется разрядностью ОС;
* при работе с разнотипными указателями необходимо использовать явное преобразование типа;

*Можно объявить указатель на:*


* обычную скалярную переменную;
* массив;
* функцию;
* указатель.

Объявление и инициализация указателей
``````````````````````````````````````````````````````````

*Объявление и присваивание*



.. code-block:: c

 int val1=0;
 char ch='#';
 double pi=3.14159265358;
 
 int*p1;
 char* p2;
 double*p3;
 
 p1=&val1;
 p2=&ch;
 p3=π


*Объявление и инициализация*



.. code-block:: c

 int val1=0;
 char ch='#';
 double pi=3.14159265358;
 
 int *p1 =&val1;
 char* p2 =&ch;
 double *p3 =π


 


 

Второй вариант более безопасен, поскольку указатели не остаются без значений.


Пример работы с указателями (1)
``````````````````````````````````````````````````````````



Что будет выведено на экран?




.. code-block:: c

 int a=10,b=20;
 int * pa=&a;
 int * pb=&b;
 int *temp;
 
 printf("A=%d, B=%d\n",*pa,*pb);
 printf("A=%d, B=%d\n",a,b);
 temp=pa;
 pa=pb;
 pb=temp;
 printf("A=%d, B=%d\n",*pa,*pb);
 printf("A=%d, B=%d\n",a,b);



Пример работы с указателями (2)
``````````````````````````````````````````````````````````

Что будет выведено на экран?




.. code-block:: c

 int a=10,b=20,temp;
 int * pa=&a;
 int * pb=&b;
 
 printf("A=%d, B=%d\n",*pa,*pb);
 printf("A=%d, B=%d\n",a,b);
 temp=*pa;
 *pa=*pb;
 *pb=temp;
 printf("A=%d, B=%d\n",*pa,*pb);
 printf("A=%d, B=%d\n",a,b);



Адресная арифметика
-----------------------------------------------------------


Операции над значениями указателей
``````````````````````````````````````````````````````````



Инкремент значения указателя



.. code-block:: c

 int a=0;
 int * pa=&a;
 pa++;



.. image:: _static/04/ris4.png

  

Адрес увеличивается на размер типа данных в байтах


**A2=A1+sizeof(int)**


В результате указатель содержит адрес ячейки, вплотную прилегающей к исходной (обращение к ней опасно!)



Наиболее естественно использовать указатели с массивами:



.. image:: _static/04/ris5.png

*Инкремент значения указателя*



.. code-block:: c

 int arr[]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,0};
 int *p1=&arr[0];
 int *p2=&arr[9];
 int size=p2-p1;


Связывание указателя с началом массива:



.. code-block:: c

 int *p=arr;




.. code-block:: c

 int *p1=&arr[0];
 int *p2=p1+2;
 int size=p2-p1;



Указатели и массивы
===========================================================


Связывание указателей с массивами
-----------------------------------------------------------


Указатели и массивы
``````````````````````````````````````````````````````````

*Суммирование элементов массива*



.. code-block:: c

 int arr[N]={1,2,3,4,5,
            6,7,8,9,0};
 int *p=arr,sum=0;
 while(p<arr+N)
    sum+=*p++;


*Обработка строки*



.. code-block:: c

 char str[N]="a very simple string";
 char *p=str;
 while(*p)
    putchar(*p++);



Массивы указателей
-----------------------------------------------------------

Массив указателей на **char** можно использовать для создания массива строковых констант




.. code-block:: c

 int *pa[10]; 
 char *str[5]; 
 
 char *mes[]={"Divide by 0" ,
 		        "File not found" ,
 		        "Not enough memory" 
                        };
 ...
 printf("%s", mes[errcod]); 
 ...


Организация массива указателей


Что означают следующие выражения?


* mes
* mes[0]
* *mes
* mes+1
* *mes+1
* *(mes+1)
* mes[1][1]
* *mes[1][1]

Взаимозаменяемость
``````````````````````````````````````````````````````````

Имена массивов и указателей могут быть эквиваленты

.. admonition::  Эквивалентность выражений


* arr[i] = *(arr+i) 
* arr[i][j]=*(arr[i]+j) 
* arr[i][j]=*(*(arr+i)+j)
Следующие выражения эквивалентны:



.. code-block:: c

 int arr[10]; 
 arr[5] = 5 [arr] = *( arr+ 5)
 
 int *p=arr;    
 p[5] = *(p+5)




.. code-block:: c

 int arr[5];   
 int *parr=arr;  
 *(parr+2)=0;
 parr[2]++;


Имя массива может выступать в операции как имя указателя-константы, а имя указателя может действовать как имя массива с использованием **[]** 


Строки и указатели
-----------------------------------------------------------

Строка может быть задана как локальный массив или как указатель на ''далёкую'' текстовую константу




.. code-block:: c

 char str[]="A simple string";
 char *s="A simple string";



.. image:: _static/04/ris6.png


Фиксация указателей
``````````````````````````````````````````````````````````

Для предотвращения изменения данных, связанных с указателем используют **указатели на константу:**



.. code-block:: c

 const char * p="don't change me!";


При попытке изменить данные по адресу в **p** появится ошибка компиляции.


Для предотвращения изменения значения указателя (адреса) используют **константные указатели:**



.. code-block:: c

 char * const p="don't lost me!";


При попытке изменить адрес в указателе появится ошибка компиляции.


Константный указатель на константу:



.. code-block:: c

 const char * const p="don't touch me!";



Указатели на массив
-----------------------------------------------------------


Указатели на массивы
``````````````````````````````````````````````````````````



.. code-block:: c

 int arr[5][2];
 int *pa[10]; // объявление массива из 10 указателей на int
 int (*parr)[2]; // объявление указателя на массив из 2 int
 
 parr=arr;   // связывание указателя с массивом




Указатели на функцию
===========================================================

**Указатель на функцию** хранит адрес точки входа в тело функции.


Указатель объявляется на функцию с определенным возвращаемым значением и набором параметров.



.. code-block:: c

 // математические функции с похожими прототипами
 double  sin(double x);
 double  cos(double x);
 double  exp(double x);
 // объявление указателя на функцию
 double (*pfun)(double);
 // использование указателя
 pfun=sin; // pfun=&sin;
 // теперь можно вызывать функцию с помощью указателя
 y=pfun(x); // y=(*pfun)(x);



Указатель можно связать с другой функцией и при обращении к его значению будет вызвана другая функция


Вопросы для самоконтроля
=============================================

  * Какие бывают способы адресации?

  * В чем состоит прямой доступ к переменной?

  * Что такое косвенная адресация?

  * Как объявить и использовать указатель на указатель?

  * Для чего используются указатели?

  * В чем состоят особенности работы с указателями?

  * На что объявить указатель?

  * Как объявить и инициализировать указатель?

  * В чем опасность непроинициализированных указателей?

  * Как работает инкремент значения указателя?

  * Как связать указатель и массив?

  * Что представляет из себя массив указателей?

  * В каком смысле говорят о взаимозаменяемости массивов и указателей?

  * Чем отличается строка, заданная с помощью указателя от строки, заданной с помощью массива?

  * Что такое указатель на константу? Как его объявить?

  * Что такое константный указатель? Как его записать?

  * Что такое константный указатель на константу? Как его использовать?

  * Как объявить указатель на массив?

  * Чем отличается указатель на массив от массива указателей?

  * Где используются указатели на массивы?

  * Как объявить и использовать указатель на функцию?