39. Указатели. Массивы указателей. Операции над указателями.

^{Указатель представляет собой адрес памяти, который указывает (или ссылается) на определенный участок. Из урока 10 вы узнали, что для изменения параметра внутри функции ваша программа должна передать адрес параметра (указатель) в функцию. Далее функция в свою очередь использует переменную-указатель для обращения к участку памяти. Некоторые программы, созданные вами в нескольких предыдущих уроках, использовали указатели на параметры. Аналогично этому, когда ваши программы работают с символьными строками и массивами, они обычно используют указатели, чтобы оперировать элементами массива. Так как применение указателей является общепринятым, очень важно, чтобы вы хорошо понимали их использование. Таким образом, этот урок рассматривает еще один аспект применения указателей. К концу данного урока вы освоите следующие основные концепции:}

^{Для простоты (для уменьшения кода) многие программы трактуют символьную строку как указатель и манипулируют содержимым строки, используя операции с указателями.}

^{Когда вы увеличиваете переменную-указатель (переменную, которая хранит адрес), C++ автоматически увеличивает адрес на требуемую величину (на 1 байт для char, на 2 байта для int, на 4 байта для float и т.д.).}

^{Ваши программы могут использовать указатели для работы с массивами целочисленных значений или значений с плавающей точкой.}

^{Массив указателей (МУ) – простейшая структура данных, в которой проявляется различие между физическим и логическим порядком следования элементов. Способ организации данных ясен уже из самого определения: это массив, каждый элемент которого содержит указатель на переменную (объект).}

^{Переменную следует понимать как массив (операция []), каждым элементом которого является указатель на переменную типа double (операция *). Переменная является массивом указателей как тип данных, но не является таковой как структура данных. Чтобы превратиться в структуру данных, она быть дополнена указуемыми переменными и указателями (связями).}

^{Многообразие вариантов реализации массивов указателей возникает по нескольким причинам:}

^{· cам массив указателей, указуемые переменные и ссылки (указатели) могут быть заданы статически (в тексте программы), либо динамически созданы во время ее выполнения;}

^{· двоякая интерпретация указателя как указателя на отдельную переменную и на массив переменных (строку), позволяет создавать одномерные СД – массивы указателей на переменные и двумерные – массивы указателей на массивы (строки) таких переменных;}

^{· указуемые переменные могут быть «собственностью» структуры данных, однако массив указателей может ссылаться и на переменные (объекты), являющиеся составными частями других структур данных.}

^{Основная сложность заключается в том, что во всех случаях используются одни и те же типы данных, а конкретный вид структуры данных определяется контекстом их использования в тексте программы.}

^{Над указателями определено 5 основных операций.}

^{Операции адресной арифметики подчиняются следующим правилам. После увеличения значения переменной-указателя на 1 данный указатель будет ссылаться на следующий объект своего базового типа. После уменьшения – на предыдущий объект. Для всех указателей адрес увеличивается или уменьшается на величину, равную размеру объекта того типа, на который они указывают. Поэтому указатель всегда ссылается на объект с типом, тождественным базовому типу указателя.}

^{Применительно к указателям на объект типа char операции адресной арифметики выполняются как обычные арифметические операции, потому что длина объекта char всегда равна 1.}

^{Операции адресной арифметики не ограничены увеличением (инкрементом) и уменьшением (декрементом). К указателям, например, можно добавлять или вычитать из них целые числа.}

^{При операции вычитания двух указателей можно определить количество объектов, расположенных между адресами, на которые указывают эти два указателя. При этом необходимо, чтобы указатели имели один и тот же тип. Кроме того, стандартом C допускается сравнение двух указателей. Как правило, сравнение указателей может оказаться полезным только тогда, когда два указателя ссылаются на общий объект, например, на массив.}

^{Все остальные операции над указателями запрещены.}

^{1) Сама по себе программа на языке С++ представляет собой текстовый файл, в котором представлены конструкции и операторы данного языка в заданном программистом порядке. В самом простом случае этот текстовый файл может содержать такую информацию:}

^{Следующий шаг – это компиляция исходного кода. Под компиляцией понимают процесс, при котором содержимое текстового файла преобразуется в исполняемый машинный код, понимаемый процессором компьютера. Однако компилятор создает не готовую к исполнению программу, а только объектный код (файл с расширением *.obj). Этот код является промежуточным этапом при создании готовой программы. Дело в том, что создаваемая программа может содержать функции стандартных библиотек языка С++, реализации которых описаны в объектных файлах библиотек. Например, в приведенной программе используется функция printf() стандартной библиотеки «stdio.h». Это означает, что объектный файл ex1.obj будет содержать лишь инструкции по вызову данной функции, но код самой функции в нем будет отсутствовать.}

^{Для того чтобы итоговая исполняемая программа содержала все необходимые реализации функций, используется компоновщик объектных кодов. Компоновщик – это программа, которая объединяет в единый исполняемый файл объектные коды создаваемой программы, объектные коды реализаций библиотечных функций и стандартный код запуска для заданной операционной системы. В итоге и объектный файл, и исполняемый файл состоят из инструкций машинного кода. Однако объектный файл содержит только результат перевода на машинный язык текста программы, созданной программистом, а исполняемый файл – также и машинный код для используемых стандартных библиотечных подпрограмм и для кода запуска.}

^{Рассмотрим более подробно пример программы листинга 1.1. Первая строка задает комментарии, т.е. замечания, помогающие лучше понять программу. Они предназначены только для чтения и игнорируются компилятором. Во второй строке записана директива #include, которая дает команду препроцессору языка С++ вставить содержимое файла ‘stdio.h’ на место этой строки при компиляции. В третьей строке определена функция с именем main, которая возвращает целое число (тип int) и не принимает никаких аргументов (тип void). Функция main() является обязательной функцией для всех программ на языке С++ и без ее наличия уже на этапе компиляции появляется сообщение об ошибке, указывающее на отсутствие данной функции. Обязательность данной функции обусловливается тем, что она является точкой входа в программу. В данном случае под точкой входа понимается функция, с которой начинается и которой заканчивается работа программы. Например, при запуске exe-файла происходит активизация функции main(), выполнение всех операторов, входящих в нее и завершение программы. Таким образом, логика всей программы заключена в этой функции. В приведенном примере при вызове функции main() происходит вызов функции printf(), которая выводит на экран монитора сообщение “Hello World!”, а затем выполняется оператор return, который возвращает нулевое значение. Это число возвращается самой функцией main() операционной системе и означает успешное завершение программы. Фигурные скобки {} служат для определения начала и конца тела функции, т.е. в них содержатся все возможные операторы, которые описывают работу данной функции. Следует отметить, что после каждого оператора в языке С++ ставится символ ‘;’. Таким образом, приведенный пример показывает общую структуру программ на языке С++.}