Лабораторна робота № 6 Вказівники та посилання. Динамічні масиви
Мета роботи: отримати навички роботи з вказівниками, посиланнями та динамічними масивами.
6.1. Теоретичні відомості
Вказівник - це символічне представлення адреси. Він використовується для непрямої адресації змінних і об'єктів.
В мові С++ є операція визначення адреси — &, за допомогою якої визначається адреса комірки пам’яті, що містить задану змінну. Наприклад, якщо vr — ім’я змінної, то &vr — адреса цієї змінної.
В С++ також існують і змінні типу вказівник. Значенням змінної типу вказівник є адреса змінної або об'єкта. Нехай змінна типу вказівник має ім'я ptr, тоді в якості значення їй можна присвоїти адресу за допомогою наступного оператора:
ptr=&vr;
В мові С++ при роботі з вказівниками велике значення має операція непрямої адресації — *. Операція * дозволяє звертатися до змінної не напряму, а через вказівник, який містить адресу цієї змінної. Ця операція є одномісною і має асоціативність зліва направо. Цю операцію не слід плутати з бінарною операцією множення. Нехай ptr — вказівник, тоді *ptr — це значення змінної, на яку вказує ptr.
Опис змінних типу вказівник здійснюється за допомогою операторів наступної форми:
<тип> *<ім'я вказівника на змінну заданого типу>;
Кожна змінна в програмі це об'єкт, що має ім'я і значення по імені можна звернутися до змінного й одержати її значення. Оператор присвоювання ( = ) виконує зворотну дію: імені змінної ставиться у відповідність значення.
a=10;
Вираз &a дозволяє одержати адресу ділянки пам'яті, виділеного змінній а. Операція & застосовна тільки до об'єктів, що мають ім'я і розміщених у пам'яті.
Маючи можливість визначити адреси змінної за допомогою &, треба мати можливість працювати з цією адресою: зберігати його, передавати, перетворювати. Для цього вводиться поняття вказівника. Вказівник - це змінна, значенням якої служить адреса об'єкта конкретного типу. Нульова адреса позначається константою NULL, що визначена в заголовному файлі stdio.h. Щоб визначити вказівник треба повідомити на об'єкт якого типу посилається цей вказівник.
char *z;
int *k,*i;
float *f;
* - це операція разіменування. Операндом цієї операції завжди є вказівник. Результат операції - це той об'єкт, що адресує вказівник_операнд.
*
z=’$
‘;
*k=*i=0;
Приклад:
int e, c, b, *m;
. . . . . . . . .
m = &e ;
*m = c + b ;
Операції над вказівниками.
присвоювання (=);
одержання значення об'єкта, на який посилається вказівник (*);
одержання адреси самого вказівника (&).
Приклад:
i
nt
date = 10;
int *i, *k;;
i = &date;
k = i;
z = NULL;
Подібно будь-яким змінної змінна типу вказівник має ім'я, арес у пам'яті і значення.
За допомогою унарних операцій ++ і –і числові значення змінних типу вказівник міняються по різному, у залежності від типу даних, з яким зв'язані ці змінні.
Приклад:
char *z;
int *k,*i;
float *f;
. . . . . . .
z++; // значення змінюється на 1
і++; // значення змінюється на 2
f++; // значення змінюється на 4
Тобто при зміні вказівника на 1, вказівник переходить до початку наступного (попереднього) поля тієї довжини, що визначається типом об'єкта, який адресується вказівником.
Ім'я масиву без індексу є вказівником-константою, тобто адресою першого елемента масиву (a[0]).
a
|
|
|
|
|
|
|
|
*a = = a[0] ;
*(a+1) = = a[1];
. . . . . . . . .
*(a+і) = =a[і];
Відповідно до синтаксису в С існують тільки одномірні масиви, але їх елементами , у свою чергу, теж можуть бути масиви.
int a[5][5];
Для двовимірного масиву:
a[m][n] = = *(a[m]+n) = = *(*(a+m)+n);
Приклад1. Опис вказівників.
int *ptri; //вказівник на змінну цілого типу
char *ptrc; //вказівник на змінну символьного типу
float *ptrf; //вказівник на змінну з плаваючою точкою
Такий спосіб оголошення вказівників виник внаслідок того, що змінні різних типів займають різну кількість комірок пам'яті. При цьому для деяких операцій з вказівниками необхідно знати об'єм відведеної пам'яті. Операція * в деякому розумінні є оберненою до операції &.
Вказівники використовуються для роботи з масивами. розглянемо оголошення двовимірного масиву:
int mas[4][2];
int *ptr;
Тоді вираз ptr=mas вказує на перший стовпець першого рядка матриці. Записи mas і &mаs[0][0] рівносильні. Вираз ptr+1 вказує на mas[0][1], далі йдуть елементи: mas[1][0], mas[1][1], mas[2][0] і т. д.; ptr+5 вказує на mas[2][1].
Двовимірні масиви розташовані в пам’яті так само, як і одновимірні масиви, займаючи послідовні комірки пам’яті
ptr |
ptr+1 |
ptr+2 |
ptr+3 |
ptr+4 |
ptr+5 |
mas[0][0] |
mas[0][1] |
mas[1][0] |
mas[1][1] |
mas[2][0] |
mas[2][1] |
Розміщення двовимірного масиву в пам’яті
Посилання (reference) являє собою видозмінену форму вказівника, яка використовується в якості псевдоніму (другого імені) змінної. У зв’язку з цим посилання не потребують додаткової пам’яті. Для визначення посилання використовують символ & (амперсант), який ставиться перед змінною-посиланням.
Змінні типу посилання можуть використовуватися в наступних цілях:
замість передачі у функцію об’єкта за значенням;
для визначення конструктора копії;
для перевантаження унарних операцій;
Приклад 2. Використання посилань.
#include <iostream.h>// cout
int main()
{
int t = 13,
int &r = t;// ініціалізація посилання на t
// тепер r синонім імені t
cout << "Початкове значення t:" << t; // виводить 13
r += 10; // зміна значення t через посилання
cout<<"\n Остаточне значення t:" << t; // виводить 23
return 0;
}
В даному випадку ми використовували посилання в якості псевдоніму змінної. В цій ситуації воно називається незалежним посиланням (independent reference) і повинно бути ініціалізоване під час оголошення. Такий спосіб використання посилань може призвести до фатальних помилок, які важко виявити через виникнення плутанини у використанні змінних.
Інше застосування посилань - можливість створення параметрів функції, які передаються за допомогою посилання, при цьому перед цим параметром ставиться знак &.
Приклад 3. Функція з параметром-посилання.
#include <iostream.h>// cout
void sqr(int &);// прототип функції
int main()
{
int t = 3;
cout << "Початкове значення t:" << t; // виводить 3
sqr(t);
cout<<"\nОстаточне значення t:" << t; // виводить 9
return 0;
}
void sqr(int&x)
{
x*= x;
}