Информатика_5 (Лекции №1 С++)

Глава 5. Использование динамической памяти
5.1 Адресация оперативной памяти.
Минимальная адресуемая единица памяти – байт.
Aб
0 1 2 3 4
Aсм
Аф
Физический адрес Аф – номер байта оперативной памяти.
Адресация по схеме «база+смещение»:
Аф = Аб + Асм,
где Аб – адрес базы – адрес, относительно которого считают
остальные адреса;
Асм – смещение – расстояние от базового адреса до физического.
Указатель – тип данных, используемый для хранения смещений.
В памяти занимает 4 байта, адресует сегмент размером V = 232 = 4 Гб.
Базовый адрес = адрес сегмента.
1

5.2 Указатели и операции над ними
[<И1>][<Тип данных>][<Тип>] [И2]*<Имя>[=<Значение>];
Где :
<И1> - признак изменчивости содержимого по адресу
указателя. Задается ключевым словом const. При этом
значение содержимого памяти, которую адресует
указатель, нельзя менять. Может отсутствовать.
<И2> - признак изменчивости указателя. Задается ключевым
словом const. При этом значение самого указателя
нельзя менять.
Может отсутствовать.
<Тип данных> - тип данных, адресуемых указателем. Любой
тип, определенный в С++, в том числе void.
<Тип > - тип указателя. Определяется моделью памяти.
Может быть far или near. Если тип указателя не указан,
принимается near.
2

Примеры определения указателей
ptrs
1) short
a, *ptrs =&a;
a
Указатель можно
инициализировать адресом
реальной переменной
2) const
short *ptrs;
3) short
*const ptrs=&a;
a
Неизменяемое значение:
можно ptrs = &b; нельзя
*ptrs=10;
Неизменяемый указатель
можно *ptrs=10; нельзя ptrs = &b;
3

5.2.1 Типизированные и нетипизированные
указатели
Различают указатели:
• типизированные – адресующие данные конкретного типа;
• нетипизированные – не связанные с данными
определенного типа.
Объявление типизированного указателя:
int *b,*c ;
float *s ,double *f;
long double *l;
Все указатели несут в
себе сведения о
размере памяти,
адресуемой этим
указателем
Объявление нетипизированного указателя:
void * <имя>;
Этот указатель создан как бы «на все случаи жизни».
Он отличается от других отсутствием сведений о размере
соответствующего участка памяти. Поэтому его легко
4
связывать с указателями других типов.

Нулевой указатель
В С++ определена адресная константа NULL;
Эта константа определяет адрес, который никуда не
указывает или «нулевой указатель».
Его
можно присвоить указателю любого типа.
Например:
pi
0
float *pf=NULL;
pf
0
void *b=NULL;
b
0
int *pi=NULL;
Кроме того, эту константу можно использовать в
операциях сравнения при проверке логических
адресных выражениях.
while (pi!=NULL) do { …};
5

5.2.2 Операции над указателями
1. Присваивание.
Допускается присваивать указателю значение другого указателя того же типа
или нулевого указателя.
Пример:
int *p1,*p2;
float *p3,*p4;
void *p;...
{допустимые операции}
p1=p2;
p4=p3;
p1=NULL; p=NULL; ...
{недопустимые операции}
p3=p2;
p1=p3;
Однако, при необходимости выполнить операцию присваивания,
можно использовать явное переопределение типа, для
приведения указателя одного типа к другому.
p3=(float*)p2;
p2=(int*)p3;
p1=(int*)p;
Явное переопределение
типа указателя
6

Операции над указателями (2)
2. Получение адреса (&).
Результат операции – адрес некоторой области памяти, который
можно присвоить указателю.
Это можно сделать:
a) При помощи операции присваивания:
int *pi,i=10;
pi
... pi=&i;
i
10
b) Во время инициализации указателя при его
b
определении:
5.7
float b=5.7;
pf
float *pf=&b;

Операции над указателями (3)
3. Доступ к данным по указателю (операция разыменования). Полученное
значение имеет тип, совпадающий с базовым типом данных указателя.
Нетипизированные указатели разыменовывать нельзя.
Примеры:
b
short c, a=5,*ptri=&a; float d,p=2.4563;
void *b=&a;
1)
ptri
1 25
5
a
c=*ptri;
2) *ptri=125;
5
c
При необходимости разыменовать нетипизированный указатель требуется
выполнить явное преобразование типа.
b
3) *b=6;  *(int*)b=6;
b
4) b=&p;
d=*b
a
5
6
p
 d=*(float *)b
Явное переопределение типа указателя
8

Операции над указателями (4)
4. Операции отношения:
проверка равенства (==) и неравенства (!=).
Примеры:
int sign = (p1 == p2);
if (p1!=NULL) {….}
5.Арифметические операции.
В С++ над указателями разрешены операции:
- сложение и вычитание (аддитивные операции)
- инкремент или автоувеличение (++)
- декремент или автоуменьшение (--)
В силу особенностей выполнения арифметических операций
над указателями, совокупность этих операций получила
название Адресной арифметики

5.2.3 Адресная арифметика
<Указатель> + n  <Адрес> + n*sizeof(<Тип данных>)
Пример:
short a, *ptrs =&a;
1) ptrs++;
Значение
указателя
меняется
2)
Значение
указателя
меняется
ptrs+=4;
3) *(ptrs+2)=2;
Значение
указателя
не меняется!!!

Адресная арифметика (2)
Особенности результатов выполнения операций адресной
арифметики связано с реализацией языка С++.
В С++ принят обратный порядок размещения объектов в
памяти.
Это объясняется особенностями работы компилятора. При
разборе текста, компилятор распознает и размещает в
стек имена всех объектов, которые необходимо
разместить в памяти.
На этапе распределения памяти имена объектов выбираются
из стека и им отводятся смежные участки памяти. А так
как порядок записи в стек обратен порядку чтения,
размещение объектов оказывается обратным.
Например:
*&i2=
++*p=
int i1=10,i2=20,i3=30;
*&++i2=
*--p=
*p=
++*--p=
i1
i2
10
20
i3
30
*p++
*(p-1)=
направление увеличения адресов

Адресная арифметика (3)
// value
i2
// Ex5_1.cpp
cout << " *p= " << *p<#include "stdafx.h"
// value
i2 for Ukaz p
#include
//(p up for 1)
int main(int argc, char*
cout <<"n *p++ ="<< *p++;
argv[])
// Value
i1
{int i1=10,i2=20,i3=30;
cout <<"n *p ="<< *p;
int *p=&i2;
// value i1 up for 1
// Value and Address
cout << "n++*p =" << ++*p;
//Value i2 begin with down p
// i1,i2,i3
cout << "n*--p = " << *--p;
cout <<"n &i1="<<&i1;
// Value i3 , begin down p,
cout<<“ *&i1= " << *&i1;
// i3 up
cout <<"n &i2="<<&i2;
cout <<"n++*--p ="<< ++*--p;
cout << " *&i2= " << *&i2;
cout<cout <<"n &i3="<<&i3;
return 0;
}
cout << " *&i3= " << *&i3;
// value i2 added 1 (+ 1)
cout <<"n *&i2="<<*&i2<cout<<"*&++i2"<<*&++i2<

Соотношение ссылки и указателя
int a,
ptri
*ptri=&a, - указатель
&b=a;
- ссылка a=b
…
a=3;  *ptri=3;  b=3;
Основное отличие – для обращения к
содержимому по указателю нужна операция
разыменования,
обращение к содержимому по ссылке
осуществляется по имени ссылки!!!
4

5.3 Управление динамической памятью (С)
1. Размещение одного значения
Выделение памяти
void * malloc(size_t size); - возвращает адрес начала области
памяти; при присвоении указателю – явное преобразование типа.
Освобождение памяти
void free(void *block);
Пример:
int *a;
if ((a = (int *) malloc(sizeof(int))) == NULL)
{ printf("Не хватает памяти для числа.");
exit(1); }
*a=-244; *a+=10;
free(a);

Управление динамической памятью (С)
2. Размещение нескольких значений
Выделение памяти
void * сalloc(size_t n, size_t size);
Освобождение памяти
void free(void *block);
Пример:
int *list;
list = (int *) calloc(3,sizeof(int));
*list=-244;
list
*(list+1)=15;
*(list+2)=-45;
…
free(list);
4
4
4

Управление динамической памятью (С++)
1. Одно значение
Операция выделения памяти
<Указатель> =new<Имя типа>[(<Значение>)];
Операция освобождения памяти
delete <Указатель>;
Примеры:
а) int *k;
k = new int;
*k = 85;
б) int *a;
if ((a = new int(-244)) == NULL)
{printf("Не хватает памяти для числа.");
exit(1);
delete a;
}

Управление динамической памятью (С++)
2. Несколько значений
Операция выделения памяти для n значений:
<Указатель> =new<Имя типа>[<Количество>];
Операция освобождения памяти:
delete [ ] <Типизированный указатель>;
Пример:
list
list+1
short *list;
2 2
list = new int [3];
*list=-244; *(list+1)=15; *(list+2)=-45;
delete[ ] list;
list+2
2

5.4 Многомерные массивы и указатели.
Объявление массива:
int *a;
|
int a[10];
a=calloc(10,4);
|
a[2]=15;
*(a+2)=15;
Примеры:
int list[10];
По правилам С++ имя массива является его адресом.
Поэтому для адресации элементов массива независимо от
способа описания можно использовать адресную
арифметику:
(list+i)  &(list[i])
*(list+i)  list[i]

Многомерные массивы и указатели (2)
int m[2][3][2];
m *m => m[0][][]
**m => m[0][0][]
***m => m[0][0][0]
m[0][2][]
m[0]
m[1]=>*(m+1)
m[0][2][0] => *(*(*(m+0)+2)+0) =>*(*(*m+2))
m[i][j][k] => *(*(*(m+i)+j)+k) =>*(*(*(i+m)+j)+k)

Многоуровневые ссылки (Ex5_1a)
int m[]={1,2,3,4};
int *mp[]={m+3,m+2,m+1,m};
mp
mp[0],*mp
mp[1],*(mp+1)
mp[2],*(mp+2)
mp[3],*(mp+3)
m
1
2
3
4
m[1],*(m+1)
или
mp[0][-2],
*(mp[0]-2),
*(*mp-2),
mp[1][-1],
*(mp[1]-1),
*(*(mp+1)-1)

Использование указателей при обработки массивов
Пример. Написать программу переформирования матрицы путем сортировки
каждой ее строки по возрастанию ее элементов.
Создание динамиеской матрицы
Указатель на
mas
// Ex5_2.cpp
указатель
#include "stdafx.h"
#include
#include
0
int **mas,*ptr;
1
int a,b,n,m,i,j,k;
2
void main()
3
{ printf("n input n= ");
scanf("%d",&n);
Одномерные массивы
printf("n input m= ");
целого типа
scanf("%d",&m);
Массив указателей
mas=new int * [n];
for(i=0;imas[i]=new int [m];
Выделение памяти под строки
матрицы
Выделение памяти под
массив указателей
21

Использование указателей при обработки массивов (2)
Заполнение матрицы данными
for(i=0;i{ printf(" input %d elem. %d stringn",m,i);
ptr=mas[i];
Запоминаем адрес начала
строки
for (j=0;jscanf("%d",mas[i]++);
Идем по элементам изменяя
mas[i]=ptr; }
адрес элемента
(адресная арифметика)
Печать сформированной матрицы
puts("Inputed matrix");
for(i=0;i{ ptr=mas[i];
for (j=0;jprintf("%3d",*ptr++);
printf("n");
}
Восстанавливаем адрес
начала строки
Используем вспомогательный
указатель для перемещения по
строке

Использование указателей при обработки
массивов(3)
Сортировка строк матрицы
Использование вспомогательного
указателя для перестановок
for(i=0;ifor(k=0;kfor(j=0;jСортировка
if(*ptr>*(ptr+1))
строки
методом
{b=*ptr;*ptr=*(ptr+1);*(ptr+1)=b;}
пузырька
Печать переформированной матрицы
puts("Sorted matrix");
for(i=0;i{ ptr=mas[i];
Использование
вспомогательного указателя
for (j=0;jдля обхода матрицы
printf("%3d",*ptr++);
printf("n");
}
Удаление динамической
for(i=0;iматрицы. Идет в порядке,
delete [] mas[i];
обратном созданию
delete [] mas;
}