Операции над указателями

Помимо уже рассмотренных операций, с указателями можно выполнять арифметические операции сложения, инкремента (++), вычитания, декремента (--) и операции сравнения.

Арифметические операции с указателями автоматически учитывают размер типа величин, адре­суемых указателями. Эти операции применимы только к указателям одного типа и имеют смысл в основном при работе со структурами данных, последовательно размещенными в памяти, например с массивами.

Инкремент перемещает указатель к следующему элементу массива, декремент – к предыдущему.

Указатель, таким образом, может использоваться в выражениях вида

p # iv, ## p, p ##, p # = iv,

p – указатель, iv – целочисленное выражение, # – символ операции '+' или '–'.

Результатом таких выражений является увеличенное или уменьшенное значение указателя на величину iv * sizeof(*p), т.е. если указатель на определенный тип увеличивается или уменьшается на константу, его значение изменяется на величину этой константы, умножен­ную на размер объекта данного типа.

Текущее значение указателя всегда ссылается на позицию некоторого объекта в памяти с учетом правил выравнивания для соответствующего типа данных. Таким образом, значение p # iv указывает на объект того же типа, расположенный в памяти со смещением на iv позиций.

При сравнении указателей могут использоваться отношения любого вида («>», «<» и т.д.), но наиболее важными видами проверок являются отношения равенства и неравенства («==», «!=»).

Отношения порядка имеют смысл только для указателей на последовательно размещенные объекты (элементы одного массива).

Разность двух указателей дает число объектов адресуемого ими типа в соответствующем диапазоне адресов, т.е. в применении к массивам разность указателей, например, на третий и шестой элементы равна 3.

Очевидно, что уменьшаемый и вычитаемый указатели должны принадлежать одному массиву, иначе результат операции не имеет практической ценности и может привести к непредсказуемому результату. То же можно сказать и о суммировании указателей.

Значение указателя можно вывести на экран с помощью функции printf, используя спецификацию %p (pointer), результат выводится в шестнадцатеричном виде.

Рассмотрим фрагмент программы:

int a = 5, *p, *p1, *p2;

p = &a;

p2 = p1 = p;

++p1;

p2 += 2;

printf(“a = %d , p = %d , p = %p , p1 = %p , p2 = %p .\n”, a, *p, p, p1, p2);

Результат может быть следующим:

a = 5 , *p = 5 , p = FFF4 , p1 = FFF6, p2 = FFF8 .

Графически это выглядит следующим образом (в 16-разрядном процессоре на тип int отводится 2 байта):

p = FFF4,

p1 = FFF6 = ( FFF4 + 1*sizeof(*p)) ® FFF4 + 2 (int)

р2 = FFF8 = ( FFF4 + 2*sizeof(*p)) ® FFF4 + 2*2

На одну и ту же область памяти (как видно из приведенного примера), может ссылаться несколько указателей различного типа. Но примененная к ним операция разадресации даст разные результаты.

При смешивании в выражении указателей разных типов явное преобразование типов требуется для всех указателей, кроме void*.

Явное приведение типов указателей позволяет получить адрес объекта любого типа:

type *p;

p = (type*) &object;

Значение указателя p позволяет работать с переменной object как объектом типа type.

ГЛАВА 10. Массивы

Понятие массива

В математике для удобства записи различных операций часто используют индексированные переменные: векторы, матрицы и т.п. Так, вектор представляется набором чисел (c₁, c₂, ..., c_n), называемых его компонентами, причем каждая компонента имеет свой номер, который принято обозначать в виде индекса. Матрица А – это таблица чисел (а_ij, i=1,..., n; j=1,..., m), i – номер строки, j – номер столбца. Операции над матрицами и векторами обычно имеют короткую запись, которая обозначает определенные, порой сложные действия над их индексными компонентами. Например, произведение двух векторов записывается как . Произведение матрицы на вектор .

Таким образом, если с группой величин одинакового типа требуется выполнять однообразные действия, им дают одно имя, а различают по порядковому номеру.

Введение индексированных переменных в языках программирования также позволяет значительно облегчить реализацию многих сложных алгоритмов, связанных с обработкой массивов однотипных данных.

Например, использование массивов данных позволяет компактно записывать множество операций с помощью циклов.

В языке Си для этой цели используется сложный тип данных – массив, представляющий собой упорядоченную конечную совокупность элементов одного типа. Число элементов массива называют его размером. Каждый элемент массива определяется идентификатором массива и своим порядковым номером – индексом. Индекс – целое число, по которому производится доступ к элементу массива. Индексов может быть несколько. В этом случае массив называют многомерным, а количество индексов одного элемента массива является его размерностью.

Описание массива в программе отличается от описания простой переменной наличием после имени квадратных скобок, в которых задается количество элементов массива. Например, double a [10]; – описание массива из 10 вещественных чисел.

При описании массивов квадратные скобки являются элементом синтаксиса, а не указанием на необязательность конструкции.

Размеры массивов предпочтительнее вводить с клавиатуры как значения целочисленных переменных или задавать с помощью именованных констант, поскольку при таком подходе для ее изменения достаточно скорректировать значение константы всего лишь в одном месте программы.

Одномерные массивы

В программе одномерный массив объявляется следующим образом:

типID_массива [размер] = {список начальных значений};

тип – базовый тип элементов массива (целый, вещественный, символьный); размер – количество элементов в массиве.

Список начальных значений используется при необходимости инициализировать данные при объявлении, он может отсутствовать.

При декларации массива можно использовать также атрибуты «класс памяти» и const.

Размер массива вместе с типом его элементов определяет объем памяти, необходимый для размещения массива, которое выполняется на этапе компиляции, поэтому размер массива задается только константой или константным выражением. Нельзя задавать массив переменного размера, для этого существует отдельный механизм – динамическое выделение памяти.

Пример объявления массива целого типа: int a[5];

Индексы массивов в языке Си начинаются с 0, т.е. в массиве а первый элемент: а[0], второй – а[1], … пятый – а[4].

Обращение к элементу массива в программе на языке Си осуществляется в традиционном для многих других языков стиле – записи операции обращения по индексу [] (квадратные скобки), например:

a[0]=1;

a[i]++;

a[3]=a[i]+a[i+1];

Пример объявления массива целого типа с инициализацией начальных значений:

int a[5]={2, 4, 6, 8, 10};

Если в группе {…} список значений короче, то оставшимся элементам присваивается 0.

Внимание. В языке Си с целью повышения быстродействия программы отсутствует механизм контроля выхода за границы индексов массивов. При необходимости такой механизм должен быть запрограммирован явно.