Лекции (1171139), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Перед именем указателя при описании ставится звездочка, чтобыотличить его от обычной переменной. Примеры описаний указателей:int *a, *b, c, d;char *e;void *f;В первой строке описаны указатели a и b на тип int и простые переменныe c и d типа int (cи d - не указатели!). С указателями возможны следующие два действия:присвоить указателю адрес некоторой переменной.
Для этого используется операция взятия адреса,которая обозначается амперсандом &. Например, строкаa = &c;указателю a присваивает значение адреса переменной c;2. получить объект, адрес которого содержится в указателе; для этого используется операциязвездочка '*', которая записывается перед указателем.
(Заметим, что звездочкой обозначается такжеоперация умножения.) Например, строкаd = *a;присваивает переменной d значение целочисленной переменной, адрес которой содержится в a. Таккак ранее указателю a был присвоен адрес переменной c, то в результате переменной dприсваивается значение c, т.е. данная строка эквивалентна следующей:d = c;1.Описание указателейКонструкции массива и указателя при описании типа можно применять многократно впроизвольном порядке.
Кроме того, можно описывать прототип функции. Таким образомможно строить сложные описания вроде "массив указателей", "указатель на указатель","указатель на массив", "функция, возвращающая значение типа указатель", "указатель нафункцию" и т.д.
Правила здесь таковы:приоритеты конструкций описания распределены следующим образом:операция * определения указателя имеет самый низкий приоритет. Например, описаниеint *x[10];означает "массив из 10 элементов типа указатель на int". Здесь к имени переменной x сначалаприменяется операция определения массива [] (квадратные скобки), поскольку она имеет болеевысокий приоритет, чем звездочка. Затем к полученному массиву применяется операцияопределения указателя.
В результате получается "массив указателей", а не указатель на массив!Если нам нужно определить указатель на массив, то следует использовать круглые скобки приописании:int (*x)[10];Здесь к имени x сначала применяется операция * определения указателя;операции определения массива [] (квадратные скобки после имени) и определения функции(круглые скобки после имени) имеют одинаковый приоритет, более высокий, чем звездочка.Примеры:int f();Описан прототип функции f без аргументов, возвращающей значение типа int.int (*f())[10];Описан прототип функции f без аргументов, возвращающей значение типа указатель на массив из10 элементов типа int;последний пример уже не является очевидным.Общий алгоритм разбора сложного описания можно охарактеризовать как чтение изнутри.
Сначаланаходим описываемое имя. Затем определяем, какая операция применяется к имени первой. Если неткруглых скобок для группировки, то это либо определение указателя (звездочка слева от имени), либоопределение массива (квадратные скобки справа от имени), либо определение функции (круглые скобкисправа от имени). Таким образом получается первый шаг сложного описания. Затем находим следующую46операцию описания, которая применяется к уже выделенной части сложного описания, и повторяем это дотех пор, пока не исчерпаем все описание.При описании указателя модификатор const, записанный до звездочки, означает,что описан указатель на константный объект, т.е. на объект, менять который нельзя илизапрещено. Например, в строке:const char *p;описан указатель на константную строку (массив символов, менять который запрещено).Указатели на константные объекты используются в Си чрезвычайно часто.
Причинасостоит в том, что константный указатель позволяет прочесть объект и при этомгарантирует, что объект не будет испорчен в результате ошибки программирования, т.к.константный указатель не дает возможности изменить объект.Константный указатель ссылается на константный объект, однако, содержимое самогоуказателя может изменяться. Например, следующий фрагмент вполне корректен:const char *str = "e2e4";.
. .str = "c7c5";Здесь константный указатель str сначала содержит адрес константной строки "e2e4". Затемв него записывается адрес другой константной строки "c7c5".В Си можно также описать указатель, значение которого не может быть изменено; дляэтого модификатор const указывается после звездочки. Например, фрагмент кода:int i;int * const p = &i;навечно записывает в указатель p адрес переменной i, перенаправить указатель p надругую переменную уже нельзя. Строка:p = &n;является ошибкой, т.к. указатель p - константа, а константе нельзя присвоить новоезначение.
Указатели, значения которых изменять нельзя, используются в Си значительнореже, в основном при заполнении константных таблиц.Представление через указатели матриц и многомерных массивовСпециального типа данных матрица или многомерный массив в Си нет, однако,можно использовать массив элементов типа массив. Например, переменная a представляетматрицу размера 3×3 с вещественными элементами:double a[3][3];Для обращения к элементу матрицы надо записать его индексы в квадратныхскобках, например, выражение a[i][j] представляет собой элемент матрицы a в строке синдексом i и столбце с индексом j. Элемент матрицы можно использовать в любомвыражении как обычную переменную (например, можно читать его значение илиприсваивать новое).Такая реализация матрицы удобна и максимально эффективна с точки зрениявремени доступа к элементам.
У нее только один существенный недостаток: так можнореализовать только матрицу, размер которой известен заранее. Язык Си не позволяетописывать массивы переменного размера, размер массива должен быть известен до началаработы программы еще на стадии компиляции.Пусть нужна матрица, размер которой определяется во время работы программы.Тогда пространство под нее надо захватывать в динамической памяти с помощьюфункции malloc языка Си. При этом в динамической памяти захватывается линейныймассив и возвращается указатель на него. Рассмотрим вещественную матрицу размером mстрок на n столбцов.
Выделение памяти выполняется с помощью функции malloc языкаСи:double *a;. . .a = (double *) malloc(m * n * sizeof(double));При этом считается, что элементы матрицы будут располагаться в массивеследующим образом: сначала идут элементы строки с индексом 0, затем элементы строки47с индексом 1 и т.д., последними идут элементы строки с индексом m − 1. Каждая строкасостоит из n элементов, следовательно, индекс элемента строки i и столбца j в линейноммассиве равен i * n + j (действительно, поскольку индексы начинаются с нуля, то i равноколичеству строк, которые нужно пропустить, i * n - суммарное количество элементов впропускаемых строках; число j равно смещению внутри последней строки).
Такимобразом, элементу матрицы в строке i и столбце j соответствует выражение a[i * n + j].Этот способ представления матрицы удобен и эффективен. Его основное преимуществосостоит в том, что элементы матрицы хранятся в непрерывном отрезке памяти. Вопервых, это позволяет оптимизирующему компилятору преобразовывать текстпрограммы, добиваясь максимального быстродействия; во-вторых, при выполнениипрограммы максимально используется механизм кеш-памяти, сводящий к минимумуобращения к памяти и значительно ускоряющий работу программы.В некоторых книгах по Си рекомендуется реализовывать матрицу как массивуказателей на ее строки, при этом память под каждую строку выделяется отдельно вдинамической памяти:double **a; // Адрес массива указателейint m, n;// Размеры матрицы: m строк, n столбцовint i;.
. .// Захватывается память под массив указателейa = (double **) malloc(m * sizeof(double *));for (i = 0; i < m; ++i) {// Захватывается память под строку с индесом ia[i] = (double *) malloc(n * sizeof(double));}После этого к элементу a ij можно обращаться с помощью выражения a[i][j].Несмотря навсю сложность этого решения, никакого выигрыша нет, наоборот, программа проигрываетв скорости.
Причина состоит в том, что матрица не хранится в непрерывном участкепамяти, это мешает как оптимизации программы, так и эффективному использованиюкеш-памяти.Многомерные массивы реализуются аналогично матрицам. Например,вещественный трехмерный массив размера 4 × 4 × 2 описывается как: doublea[4][4][2];обращение к его элементу с индексами x, y, z осуществляется с помощью выраженияa[x][y][z]Многомерные массивы переменного размера с числом индексов большим двухвстречаются в программах довольно редко, но никаких проблем с их реализацией нет: ониреализуются аналогично матрицам. Например, пусть надо реализовать трехмерныйвещественный массив размера m × n × k. Захватывается линейный массив вещественныхчисел размером m * n * k:double *a;. . .a = (double *) malloc(m * n * k * sizeof(double));Доступ к элементу с индексами x, y, z осуществляется с помощью выражения a[(x * n +y) * k + z].Арифметика указателейС указателями можно выполнять следующие операции:•••сложение указателя и целого числа, результат - указатель;увеличение или уменьшение переменной типа указатель, что эквивалентно прибавлению иливычитанию единицы;вычитание двух указателей, результат - целое число.Прибавление к указателю p целого числа n означает увеличение адреса, которыйсодержится в переменной p, на суммарный размер n элементов того типа, на которыйссылается указатель.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
