Лабораторная работа №11 Тема работы «Работа с динамическими структурами данных»

1. Цель работы

Приобретение навыков работы с указателями. Изучение методов представления списков в памяти.

2. Использование указателей

Указатель на ячейку памяти используется для организации работы с динамическими структурами данных. Для объявления указателя нужно поставить перед именем переменной оператор разыменования *.

int *pointer;

Инициализировать указатель можно:

1. используя адрес уже объявленной переменной с помощью оператора взятия адреса &.;

2. выделяя под него память функцией malloc().

В первом случае создается как бы синоним переменной, это удобно, когда требуется ссылаться на переменные, последовательность использования которых будет меняться.

Пример:

#include "stdafx.h"

#include "conio.h"

void main()

{

int someVariable = 4,k; //объявляем и инициализируем переменную someVariable

int *pointer = &someVariable; //объявляем указатель

pointer = &someVariable; //инициализируем его адресом переменной someVariable

k=*pointer+1; // изменяем значение, находящееся по адресу, на который ссылается

// указатель pointer

printf("Текущее значение переменной someVariable = %d\n", someVariable);

printf("Текущее значение переменной *pointer = %d", k);

getch();

}

Выведет строки:

Текущее значение переменной someVariable = 4

Текущее значение переменной*pointer = 5

Второй случай рассмотрен в п.5 данных методических указаний.

3. Указатели и массивы

Понятия указателей и массивов тесно связаны. Рассмотрим следующий фрагмент программы:

char str[80], *p1;

p1 = str;

Напомним, что имя массива без индекса возвращает адрес первого элемента массива. Поэтому здесь p1 указывает на первый элемент массива str. Обратиться к пятому элементу массива str можно с помощью любого из двух выражений:

str[4]

или

* (p1+4)

Массив начинается с нуля. Поэтому для пятого элемента массива str нужно использовать индекс 4. Можно также увеличить p1 на 4, тогда он будет указывать на пятый элемент.

Рассмотрим следующий фрагмент программы:

int *p, i[10];

p = i;

p[5] = 100; /* в присвоении используется индекс */

*(p+5) = 100; /* в присвоении используется адресная арифметика */

Оба оператора присваивания заносят число 100 в 6-й элемент массива i. Первый из них индексирует указатель p, во втором применяются правила адресной арифметики. В обоих случаях получается один и тот же результат.

В языке С существуют два метода обращения к элементу массива: адресная арифметика и индексация массива. Стандартная запись массивов с индексами наглядна и удобна в использовании, однако с помощью адресной арифметики иногда удается сократить время доступа к элементам массива. Поэтому адресная арифметика часто используется в программах, где существенную роль играет быстродействие.

В следующем фрагменте программы приведены две версии функции putstr(), выводящей строку на экран. В первой версии используется индексация массива, а во второй – адресная арифметика:

/* Индексация указателя s как массива. */

void putstr(char *s)

{

register int t;

for(t=0; s[t]; ++t) putchar(s[t]);

}

/* Использование адресной арифметики. */

void putstr(char *s)

{

while(*s) putchar(*s++);

}

Большинство профессиональных программистов сочтут вторую версию более наглядной и удобной. Для большинства компиляторов она также более быстродействующая. Поэтому в процедурах такого типа приемы адресной арифметики используются довольно часто.

Можно также индексировать указатели на многомерные массивы. Например, если а — это указатель на двухмерный массив целых размерностью 10×10, то следующие два выражения эквивалентны:

a

&a[0][0]

Более того, к элементу (0,4) можно обратиться двумя способами:

1. либо указав индексы массива: а[0][4],

2. либо с помощью указателя: *((int*)а+4).

Аналогично для элемента (1,2): а[1][2] или *((int*)а+12).

В общем виде для двухмерного массива справедлива следующая формула:

a[j][k] эквивалентно *((базовый_тип*)а+(j*длина_строки)+k)

Правила адресной арифметики требуют явного преобразования указателя на массив в указатель на базовый тип. Указатели используются для обращения к элементам массива потому, что часто операции адресной арифметики выполняются быстрее, чем индексация массива.

Двухмерный массив может быть представлен как указатель на массив одномерных массивов. Добавив еще один указатель, можно с его помощью обращаться к элементам отдельной строки массива. Этот прием демонстрируется в функции pr_row(), которая печатает содержимое конкретной строки двухмерного глобального массива num:

int num[10][10];

/* ... */

void pr_row(int j)

{

int *p, t;

p = (int *) &num[j][0]; /* вычисление адреса 1-го

элемента строки номер j */

for(t=0; t<10; ++t) printf("%d ", *(p+t));

}

Эту функцию можно обобщить, включив в список аргументов номер строки, длину строки и указатель на 1-й элемент:

void pr_row(int j, int row_dimension, int *p)

{

int t;

p = p + (j * row_dimension);

for(t=0; t<row_dimension; ++t)

printf("%d ", *(p+t));

}

/* ... */

void f(void)

{

int num[10][10];

pr_row(0, 10, (int *) num); /* печать 1-й строки */

}

Такой прием "понижения размерности" годится не только для двухмерных массивов, но и для любых многомерных. Например, вместо того, чтобы работать с трехмерным массивом, можно использовать указатель на двухмерный массив, причем вместо него в свою очередь можно использовать указатель на одномерный массив. В общем случае вместо того, чтобы обращаться к n-мерному массиву, можно работать с указателем на (n-1)-мерный массив. Причем этот процесс понижения размерности кончается на одномерном массиве.