Особенности применения указателей

Обращение к объектам любого типа в языке C может проводиться по имени, как мы до сих пор делали, и по указателю(косвенная адресация).

Указатель – это переменная, которая может содержать адрес некоторого объекта в памяти компьютера, например, адрес другой переменной. Через указатель, установленный на переменную, можно обращаться к участку оперативной памяти (ОП), отведенной компилято­ром под ее значение.

Указатель объявляется следующим образом:

тип*ID указателя;

Перед использованием указатель должен быть инициирован либо конкретным адресом, либо значениемNULL(0) – отсутствие указателя.

С указателями связаны две унарные операции: & и *. Операция & означает «взять адрес», а операция разадресации * – «значение, расположенное по адресу», например:

int x, *y; // х– переменная типаint,у– указатель типаint

y = &x; // y– адрес переменнойx

*y = 1; // по адресу yзаписать 1, в результатеx= 1

При работе с указателями можно использовать операции сложения, вычитания и сравнения, причем выполняются они в единицах того типа, на который установлен указатель.

Операции сложения, вычитания и сравнения (больше/меньше) имеют смысл только для последовательно расположенных данных – массивов. Операции сравнения «==» и «!=» имеют смысл для любых указателей, т.е. если два указателя равны между собой, то они указывают на одну и ту же переменную.

Связь указателей с массивами

Указатели и массивы тесно связаны между собой. Идентификатор массива является указателем на его первый элемент, т.е. для массива inta[10], выраженияaиa[0] имеют одинаковые значения, т.к. адрес первого (с индексом 0) элемента массива – это адрес начала размещения его элементов в ОП.

Пусть объявлены – массив из 10 элементов и указатель типаdouble:

doublea[10], *p;

если p=a; (установить указательpна начало массиваa), то следующие обращения:a[i] , *(a+i) и *(p+i) эквивалентны, т.е. для любых указателей можно использовать две эквивалентные формы доступа к элементам массива:a[i] и *(a+i). Очевидна эквивалентность следующих выражений:

&a[0]&(*p)p

Декларация многомерного массива:

типID[размер1][размер2]…[размерN];

причем быстрее изменяется последний индекс, т.к. многомерные массивы размещаются в ОП в последователь­ности столбцов, например, массив целого типа, состоящий из двух строк и трех столбцов (с инициализацией начальных значений)

inta[2][3] = {{0,1,2},{3,4,5}};

в ОП будет размещен следующим образом:

a[0][0]=0,a[0][1]=1,a[0][2]=2, a[1][0]=3,a[1][1]=4,a[1][2]=5.

Если в списке инициализаторов данных не хватает, то соответствующему элементу присваивается значение 0.

Указатели на указатели

Связь указателей и массивов с одним измерением справедливо и для массивов с бóльшим числом измерений.

Если рассматривать предыдущий массив (inta[2][3];) как массив двух массивов размерностью по три элемента каждый, то обращение к элементуа[i][j] соответствует эквива­лентное выражение *(*(а+i)+j), а объявление этого массива с использованием указателей будет иметь вид

int**а;

Таким образом, имя двухмерного массива – IDуказателя на указатель.

Динамическое размещение данных

Для создания массивов с переменной размерностью используется динамическое размещение данных, декларируемых указателями.

Для работы с динамической памятью используются стандартные функции библиотекиalloc.h:

void *malloc(size) иvoid*calloc(n,size)– выделяют блок памяти размеромsizeиnsize байт соответственно; возвращают указатель на выделенную область, при ошибке – значениеNULL;

voidfree(bf); – освобождает ранее выделенную память с адресомbf.

Другим, более предпочтительным подходом к динамическому распределению памяти является использование операций языка С++newиdelete.

Операция new возвращает адрес ОП, отведенной под динамически размещенный объект, при ошибке –NULL, а операцияdelete освобождает память.

Минимальный набор действий, необходимых для динамического размещения одномерного массива действительных чисел размером n:

double*а;

. . .

а = newdouble[n]; // Захват памяти дляnэлементов

. . .

delete[]а; // Освобождение памяти

Минимальный набор действий, необходимых для динамического размещения двухмерного массива действительных чисел размером nm:

inti,n,m; //n,m– размеры массива

double **a;

. . .

a = new double *[n]; // Захват памяти под указатели

for(i=0; i<n; i++)

a[i] = new double [m]; // и под элементы

. . .

for(i=0; i<n; i++)

delete []a[i]; // Освобождение памяти

delete[]a;

Функции пользователя

Подпрограмма– это именованная и определенным образом оформленная группа операторов, вызываемая по мере необходимости.

В языке С++ в качестве подпрограмм используют функции, которые должны быть декларированы до их первого использования. Предварительное описание функции называется прототипом, который обычно размещается в начале программы (*.cpp) либо в заголовочном файле (*.h) и сообщает компилятору о том, что далее в программе будет приведен ее полный текст, т.е.реализация.

Описание прототипа имеет следующий вид:

тип_результата ID_функции (список типов параметров);

а определение функции имеет следующую структуру:

тип_результата ID_функции (список параметров)

{

код функции

returnрезультат;

}

Результат возвращается из функции в точку вызова при помощи оператора return и преобразуется к типу, указанному в заголовке функции. Если тип функции не указан, то по умолчанию устанавливается типint, если же функция не возвращает результата, то следует указать пустой типvoid.Список параметровсостоит из перечня типов иIDпараметров, разделенных запятыми.

Из функции можно передать только одно значение, при необходимости возвратить несколько – в списке параметров используют указатели.

Пример реализации функции, определяющей наименьшее из двух целых чисел:

int Min_x_y(int x, int y) {

return (x<y) ? x : y;

}

Вызов функцииимеет следующий формат:

ID_функции(список аргументов);

где в качестве аргументов можно использовать константы, переменные, выражения (их значения перед вызовом функции будут компилятором определены). Аргументы списка вызова должны совпадать со списком параметров вызываемой функции по количеству и порядку следования параметров, а типы аргументов при передаче будут преобразованы к указанным в функции типам параметров.

Вызов предыдущей функции может иметь вид:min=Min_x_y(a,b);

Область действия переменных

Область действия переменной – это правила, которые устанавливают, какие данные доступны из текущего места программы, и определяют переменные двух типов:глобальныеилокальные.

Глобальныепеременные объявляются вне какой-либо функции и могут быть использованы в любом месте программы, но перед их первым использованием они должны быть объявлены и инициализированы. Область действия глобальных переменных – вся программа с момента их объявления.При объявлении глобальные переменные обнуляются.

Область действиялокальныхпеременных – это блоки, где они объявлены. К локальным относятся и формальные параметры в заголовке функций пользователя с областью действия – кодом функции. При выходе из блока значения локальных переменных теряются.

В языке С каждая переменная принадлежит одному из четырех классов памяти – автоматической (auto), внешней (extern), статической (static) и регистровой (register). Тип памяти указывается перед спецификацией типа, например,registerinta; илиstaticdoubleb; По умолчанию устанавливается классautoи переменные размещаются в стеке.

1-1.2. Пример выполнения задания

В целочисленном двухмерном динамическом массиве (матрице) размером NМнайти сумму четных элементов и их количество. Ввод исходных данных (размеры массива и его элементы) и вывод результатов выполнить в основной функции. Решение поставленной задачи оформить в функции пользователя.

Текст программы может иметь следующий вид:

#include <iostream.h>

#include <conio.h>

int Fun_Sum_Kol(int, int, int**, int*); // Описание прототипа функции

void main()

{

int **a, i, j, n, m, sum, kol;

cout << "\t Input N, M : ";

cin>>n>>m;

a=newint*[n]; // Захват памяти под указатели

for(i=0; i<n;i++)

a[i] = new int[m]; // Захват памяти под элементы

cout <<"\n Input A" << endl;

for(i=0; i<n; i++)

for(j=0; j<m; j++){

cout << "\t a[" << i+1 << "][" << j+1 << "] = ";

cin >> a[i][j];

}

cout <<"\n Matrix A:" << endl;

for(i=0; i<n; i++) {

for(j=0; j<m; j++)

cout << "\t" << a[i][j];

cout<<endl;

}

// Обращение к функции с указанием фактических аргументов

sum = Fun_Sum_Kol(n, m, a, &kol);

cout << "\n Kol-vo = " << kol << "\t Summa = " << sum << endl;

delete []a; // Освобождение памяти

cout << "\n\t Delete !" << endl;

cout << " Press any key ... " << endl;

getch();

}

/* Реализация (определение) описанной выше функции, в заголовке которой указаны формальные параметры, идентификаторы которых обрабатываются в ее коде */

int Fun_Sum_Kol(int a, int b, int **x, int *k)

{

int i, j, s = 0;

*k = 0;

for(i=0; i<a;i++)

for(j=0; j<b;j++)

if(x[i][j] % 2 ==0){

(*k)++; // Скобки обязательны

s += x[i][j];

}

return s;

}

Обратите внимание на то, что из функции мы должны получить два скалярных результата – посчитанные сумму и количество четных чисел. С помощью оператора returnмы возвращаем первое значение (сумму), а второе значение мы передаем в точку вызова с помощью указателя (адреса): при обращении к функции в качестве четвертого параметра передаем адрес &kol, а в функции используем «значение, находящееся по указанному адресу» *k(* – операция разадресации).

При вводе значений элементов массивов в одной строке через пробелы должен получиться следующий результат:

1-1.3. Индивидуальные задания

В двухмерном массиве (размеры массиваN,Mи значения его элементов вводить с клавиатуры) найти указанное значение.

Массив в памяти разместить динамически(с использованием операцийnewиdelete), ввод исходных данных и вывод полученных результатов выполнить в основной функции, а решение задачи оформить в виде отдельнойфункции пользователя. Не использовать глобальных переменных.

1. Найти сумму элементов, расположенных на главной диагонали.

2. Найти произведение элементов, расположенных на главной диагонали.

3. Найти максимальный элемент и поменять его с первым элементом.

4. Найти минимальный элемент и поменять его с первым элементом.

5. Найти максимальный элемент и поменять его с последним элементом.

6. Найти минимальный элемент и поменять его с последним элементом.

7. Найти количество отрицательных и положительных элементов массива.

8. Найти количество 0-й и 1-ц в массиве, а также сумму единиц.

9. Найти число элементов массива, больших T (вводится с клавиатуры) и просуммировать эти элементы.

10. Найти число элементов массива > T^ и их произведение.

11. Найти число элементов массива < T* и их сумму.

12. Найти число элементов массива < T* и перемножить эти элементы.

13. Найти число элементов массива = T* и сложить эти элементы.

14. Найти число элементов массива = T* и перемножить эти элементы.

15. Найти максимальный элемент среди лежащих ниже главной диагонали.

16. Найти минимальный элемент среди лежащих выше главной диагонали.