Понятие указателя

Занятие 9

Указатели и ссылки

 

Без преувеличения можно сказать, что невозможно написать хорошую программу на С без использования указателей. Это одно из самых мощных и в то же время самых опасных средств языка. Неправильное использование указателей может быть причиной трудно обнаруживаемых ошибок, сбоев в работе программы или же операционной системы.

 

Понятие указателя

Определяя переменную, программист задает ее имя, которое позволяет оперировать со значением переменной – это программный уровень работы. На машинном уровне компьютер имеет дело с понятиями «адрес участка памяти», выделенный под переменную, и «содержимое участка памяти». Например, при определении переменной выделяется необходимая память (например, по адресу 100), а оператор присваивания заносит в нее некоторое значение.

Пример 1.

int var=1;

Программный уровень:

Имя	Значение
var

Машинный уровень:

Адрес памяти	Содержимое памяти

 

Можно сказать иначе, имя переменной var адресует участок памяти, а константа 1 определяет значение, которое запишется по этому адресу. Имея адрес переменной или другого объекта программы, необходимо с ним работать: сохранять, передавать, преобразовывать, для этой цели и служат указатели.

Указатели – это переменные, значениями которых являются адреса других объектов – переменных, массивов, функций.

 

Рис. 1 Обращение к переменной через указатель

Указатели служат для обращения к области памяти, отведенной под другую переменную. Подобно любой другой переменной, указатель нужно создать (объявить) и задать начальное значение. Термин «задать значение» применительно к указателю используется редко, вместо него говорят, что нужно «установить» указатель, после чего он будет «ссылаться», т.е. указывать на переменную.

Чтобы создать указатель, следует определить тип данных, на которые он будет ссылаться. Символ «*» сообщает компилятору, что вы создаете указатель, в конце указывается имя переменной.

Например, инструкция int *ptr; создает указатель, который будет ссылаться на данные целого типа.

Другие примеры объявления указателей:

//переменная ptr_i – указатель на данные типа int

int *ptr_i;

//переменная ptr_c – указатель на данные типа char

char *ptr_c;

//переменная ptr_d – указатель на данные типа double

double *ptr_d;

 

2. Операция получения адреса &;

После того, как указатель определен, его нужно установить на какой-либо объект, размещенный в памяти компьютера, т.е. записать в него адрес этого объекта. Выражение &var позволяет получить адрес памяти, выделенный под переменную var. Следует отметить, что операция & применима только к объектам, имеющим имя и размещенным в памяти.

Операцию & нельзя применять к выражениям, константам, битовым полям, регистровым переменным, внешним объектам (файлам).

Неправильными являются конструкции &(х+7), &28.

Первая пытается получить адрес выражения, а вторая – константы.

Установка указателя на объект – это обязательный этап работы. Следует быть внимательным: неустановленный указатель – главный источник неприятностей. Если переменная р объявлена как указатель, то оператор присваивания р=&х означает «получить адрес переменной х и записать его в переменную-указатель р».

Пример 2

int var, *ptr_i;

double ss, *ptr_d;

ptr_i=&var;

ptr_d=&ss;

определены два указателя – ptr_i (указатель на переменную типа int) и ptr_d (указатель на переменную типа double).

Указателю ptr_i присваивается адрес переменной var – говорят, что ptr_i указывает на переменную var, а указателю ptr_d – адрес переменной ss.

После того, как указатель установлен, можно обращаться к объекту, на который он указывает, для этой цели служит специальная операция «*».

 

3. Операция разыменования (*)

унарная операция *, примененная к указателю, обеспечивает доступ к содержимому ячейки памяти, на которую ссылается указатель. Иными словами, операция * рассматривает свой операнд как адрес и позволяет обратиться с содержимому этого адреса. Легко догадаться, что операндом операции * может выступать только указатель. Приведем различные названия операции *, используемые в книгам по программированию:

операция разыменования (или разадресации),

операция раскрытия скобок,

косвенная адресация (или обращение по адресу).

Итак, для того чтобы работать с указателями, необходимо, по крайней мере, две переменные – сам указатель и переменная, на которую он будет ссылаться.

На рис. 2 показан участок памяти, в которой располагаются две переменные – указатель i_ptr и переменная var. Если указателю присвоен адрес переменной var, то операция разыменования, примененная к указателю, вернет значение переменной var.

Рис. 2 Косвенный доступ к переменной var через указатель i_ptr

 

Пусть указатель i_ptr имеет тип int, тогда комбинация *i_ptr эквивалентна произвольной переменной типа int. В этой связи важно заметить, что привязка указателя к объекту (переменной) происходит лишь на начальной стадии работы (установка указателя), затем идет безымянная работа с объектом через указатель, который на определенной стадии работы может быть перенаправлен на другую переменную типа int.

Указатели могут использоваться в выражениях, подобно любым другим переменным.

Пример 3

int x, y, *ptr;

ptr=&x; //ptr ссылается на х

*ptr=*ptr+1; //аналог х=х+1

*ptr=*ptr * 5; //х=х*5

*ptr=&y; //ptr ссылается на у

*ptr=*ptr+1; //у=у+1

 

В первой строке определен указатель ptr на переменную int, а также и сама переменная х. затем указатель устанавливается на переменную х, в дальнейшем он может использоваться в арифметических выражениях вместо х. Указатель в любой момент может быть перенаправлен на другую переменную, в примере после вычислений с переменной х указатель устанавливается на переменную y.