Wskaźniki i tablice

Autorem poniższego opracowania jest dr Piotr A. Dybczyński z Instytutu Obserwatorium Astronomiczne UAM w Poznaniu.

Wskaźniki (pointery) i tablice

Koniecznie proszę przeczytać odpowiedni rozdział w podręczniku (K&R, Rozdział 5).

Skrótowe i subiektywne podsumowanie najważniejszych faktów dotyczących pointerów i tablic w języku C:

• Operator jednoargumentowy & , zwany czasami operatorem referencji lub adresowania, umieszczony przed zmienną tworzy wyrażenie, którego wartość jest "adresem" tej zmiennej, wskazaniem na tę zmienną, pointerem do tej zmiennej itd.
• Użycie słowa adres w odniesieniu do pointerów i operacji na nich jest całkowicie uzasadnione, pod warunkiem, że uświadomimy sobie, iż taki "adres" to wartość nie nadająca się do oglądania, interpretacji, całkowicie zależna od architektury systemu komputerowego i systemu operacyjnego. Jest to adres tylko w tym sensie, że jednoznacznie identyfikuje położenie wskazywanego obiektu w pamięci widocznej dla naszego procesu.
• Operatorem odwrotnym do & jest również jednoargumentowy operator *. Zwany bywa operatorem wyłuskania, odniesienia itp. Umieszczony przed wyrażeniem w1 tworzy nowe wyrażenie (w2 = *(w1)), którego wartością jest obiekt wskazywany przez wartość wyrażenia w1. Oczywiście w tym przykładzie w1 i w2 są zupełnie różnych typów.
• Wskaźniki (pointery) deklarujemy podobnie jak zmienne, umieszczając jednak przed nazwą zmiennej operator *. Sama nazwa zmiennej funkcjonuje wtedy w programie jako wskaźnik a poprzedzona * oznacza obiekt wskazywany przez ten wskaźnik,
• Poza sytuacjami specjalnymi kompilator (a potem program czy proces) musi w każdym momencie wiedzieć na obiekt jakiego typu wskazuje dany pointer.
• Specjalnym typem wskaźników są stałe łańcuchowe (typu: "Ala ma kota"). Ponieważ w języku C nie występuje twór w postaci łańcucha znaków (ciągu znaków, napisu) więc tego typu stała traktowana jest Z DEFINICJI jako wskaźnik na pierwszy znak łańcucha (wskaźnik typu: char *). Każde użycie takiej stałej w kodzie źródłowym programu powoduje umieszczenie zawartego miedzy cudzysłowami ciągu znaków w pamięci, dopisanie na końcu znaku o kodzie równym zero (będącego w języku C znakiem końca łańcucha) i zastąpienie stałej wskaźnikiem do pierwszego znaku tego ciągu.
• Tablice jednowymiarowe deklarujemy w postaci:
  typ_elementu_tablicy   nazwa_tablicy[ ilość elementów ]; czy np. double vect[3];
  oznacza to przedzielenie pamięci na trzy obiekty typu double i może być dodatkowo wzbogacone inicjalizacją w postaci np.:
  double vect[3]={1.23,3.07,-12.253434};
• Sama nazwa tablicy pojawiająca się w programie jest interpretowana jako wskaźnik do pierwszego jej elementu, tak więc po powyższej deklaracji tablicy vect sama nazwa vect to to samo co &vect[0].
• Wskaźnikom nadajemy wartość albo wykorzystując operator & albo korzystając ze związków pointerów z tablicami. Można też korzystać z metod inicjowania wartości w czasie deklaracji, co jest często wykorzystywane w odniesieniu do łańcuchów znaków, np.:
  char *p="Ala ma kota", w[]="a kot ma ogon";
  Po tej deklaracji p jest pointerem typu char * wskazującym na literę 'A' w pamięci, natomiast w jest CZTERNASTOELEMENTOWĄ tablicą elementów typu char, którą równie dobrze można by zainicjować deklaracją:
  char w[13]={'a',' ','k','o','t',' ','m','a',' ','o','g','o','n','\0'};
• Arytmetyka wskaźników oparta jest na fakcie znajomości rozmiaru obiektu wskazywanego. Jeżeli w jest typu double *, czyli wskazuje na obiekt typu double (współcześnie prawie zawsze ośmiobajtowy) to w+1 wskazuje NA NASTĘPNE OSIEM BAJTÓW , a w-1 na poprzednie osiem bajtów!
• Arytmetyka na wskaźnikach jest praktycznie tym samym co indeksowanie tablic, Z DEFINICJI każdy napis typu nazwa[liczba] jest zastępowany wyrażeniem *(nazwa+liczba). W praktyce oznacza to, że do drugiego elementu tablicy vect (pamiętamy, że w C tablice indeksujemy od zera) można odwołać się albo pisząc vect[1] albo *(vect+1). To drugie jest nawet szybsze bo nie wymaga konwersji.
• Tablica dwuwymiarowa JEST JEDNOWYMIAROWĄ TABLICĄ TABLIC JEDNOWYMIAROWYCH. Tablica trójwymiarowa jest jednowymiarową tablicą tablic dwuwymiarowych, itd. Z wszystkimi tego logicznymi konsekwencjami przy stosowaniu zasad z poprzednich punktów. Np. po deklaracji double z[2][4]={ {11.0,12.0,13.0,14.0},{21.0,22.0,23.0,24.0} }, napis z[1] jest nazwą drugiego wiersza tablicy z, jest więc interpretowany jako pointer wskazujący na pojedynczy obiekt typu double (pierwszy element tego wiersza - tablicy jednowymiarowej), czyli wskazuje na wartość 21.0 .
• W tablicach dwuwymiarowych dane są przechowywane w pamięci wierszami, pierwszy indeks mówi o który wiersz chodzi a drugi indeks wskazuje, o który element wiersza (którą kolumnę).

Podstawowe reguły przechowywania danych w tablicach jednowymiarowych ilustruje następujący przykład:

A (całkowicie legalna lecz nieodpowiedzialna) próba wykonania po tych deklaracjach instrukcji

puts(p);

spowoduje wypisanie najpierw: abcde a za nimi bliżej nieokreślonej liczby dowolnych "krzaczków" aż procesor napotka w pamięci bajt o wartości zero lub wkroczy na cudzy obszar pamięci (wtedy "Naruszenie ochrony pamięci").

Jak ktoś nie zrozumiał czegoś z tekstu powyżej, proszę wrócić do podręcznika a potem przeczytać tę stronę ponownie od początku. Mam nadzieję, że to polecenie w niczyim przypadku nie wygeneruje pętli nieskończonej, ale dopóki trwa semestr można pytać, pytać, pytać...

A teraz przykład (soft core) dla tablicy dwuwymiarowej...

Jak ktoś nie zrozumiał czegoś napisanego wyżej, proszę wrócić do podręcznika a potem przeczytać tę stronę od początku. Reszta jak wyżej .

Na koniec przykład hard core ...

Jak ktoś nie zrozumiał tego ostatniego przykładu, to nie szkodzi, mnie też kiedyś zaszokował

Edytuj