Wskaźniki w C: Co to jest wskaźnik w programowaniu C? Typy

Jak używać wskaźników w C

Jeśli zadeklarujemy zmienną v typu int, v faktycznie przechowa wartość.

v jest teraz równe zero.

Jednak każda zmienna oprócz wartości ma także swój adres (czyli najprościej mówiąc, gdzie się znajduje w pamięci). Adres można uzyskać, umieszczając znak ampersand (&) przed nazwą zmiennej.

Jeśli wydrukujesz adres zmiennej na ekranie, będzie on wyglądał jak liczba całkowicie losowa (co więcej, może się różnić w zależności od uruchomienia).

Spróbujmy tego w praktyce ze wskaźnikiem w przykładzie C

Dane wyjściowe tego programu to -480613588.

A teraz, czym jest wskaźnik? Zamiast przechowywać wartość, wskaźnik będzie przechowywać adres zmiennej.

Int *y = &v;

Deklarowanie wskaźnika

Podobnie jak zmienne, wskaźniki w Programowanie C muszą zostać zadeklarowane zanim będą mogły zostać użyte w programie. Wskaźniki mogą być nazwane w dowolny sposób, pod warunkiem, że przestrzegają reguł nazewnictwa języka C. Deklaracja wskaźnika ma następującą formę.

data_type * pointer_variable_name;

Tutaj,

• typ danych jest podstawowym typem wskaźnika dla typów zmiennych języka C i wskazuje typ zmiennej, na którą wskazuje wskaźnik.
• Gwiazdka (*: taka sama gwiazdka, jakiej używa się do mnożenia) jest operatorem pośrednim, deklarującym wskaźnik.

Zobaczmy kilka prawidłowych deklaracji wskaźników w tym samouczku dotyczącym wskaźników C:

int    *ptr_thing;            /* pointer to an integer */ 
int *ptr1,thing;/* ptr1 is a pointer to type integer and thing is an integer variable */
double    *ptr2;    /* pointer to a double */
float    *ptr3;      /* pointer to a float */
char    *ch1 ;       /* pointer to a character */
float  *ptr, variable;/*ptr is a pointer to type float and variable is an ordinary float variable */

Zainicjuj wskaźnik

Po zadeklarowaniu wskaźnika inicjujemy go jak standardowe zmienne z adresem zmiennej. Jeśli wskaźniki w programowaniu C nie są inicjowane i używane w programie, wyniki mogą być nieprzewidywalne i potencjalnie katastrofalne.

Aby uzyskać adres zmiennej, używamy operatora ampersand (&), umieszczonego przed nazwą zmiennej, której adres jest nam potrzebny. Inicjalizacja wskaźnika odbywa się za pomocą następującej składni.

Składnia wskaźnika

 pointer = &variable;

Poniżej znajduje się prosty program do ilustracji wskaźników:

#include <stdio.h>
int main()
{
   int a=10;    //variable declaration
   int *p;      //pointer variable declaration
   p=&a;        //store address of variable a in pointer p
   printf("Address stored in a variable p is:%x\n",p);  //accessing the address
   printf("Value stored in a variable p is:%d\n",*p);   //accessing the value
   return 0;
}

Wyjście:

Address stored in a variable p is:60ff08
Value stored in a variable p is:10

#include <stdio.h>
int main()
{
	int *p = NULL; 	//null pointer
	printf(“The value inside variable p is:\n%x”,p);
	return 0;
}

The value inside variable p is:
0

#include <stdio.h>
int main()
{
void *p = NULL; 	//void pointer
printf("The size of pointer is:%d\n",sizeof(p));
return 0;
}

The size of pointer is:4

#include <stdio.h>
int main()
{
int *p; 	//wild pointer
printf("\n%d",*p);
return 0;
}

timeout: the monitored command dumped core
sh: line 1: 95298 Segmentation fault      timeout 10s main

Bezpośrednie i pośrednie wskaźniki dostępu

W C istnieją dwa równoważne sposoby uzyskiwania dostępu do zmiennej treści i manipulowania nią

• Dostęp bezpośredni: używamy bezpośrednio nazwy zmiennej
• Dostęp pośredni: używamy wskaźnika do zmiennej

Rozumiemy to za pomocą poniższego programu

#include <stdio.h>
/* Declare and initialize an int variable */
int var = 1;
/* Declare a pointer to int */
int *ptr;
int main( void )
{
/* Initialize ptr to point to var */
ptr = &var;
/* Access var directly and indirectly */
printf("\nDirect access, var = %d", var);
printf("\nIndirect access, var = %d", *ptr);
/* Display the address of var two ways */
printf("\n\nThe address of var = %d", &var);
printf("\nThe address of var = %d\n", ptr);
/*change the content of var through the pointer*/
*ptr=48;
printf("\nIndirect access, var = %d", *ptr);
return 0;}

Po skompilowaniu programu bez żadnych błędów wynik jest następujący:

Direct access, var = 1
Indirect access, var = 1

The address of var = 4202496
The address of var = 4202496

Indirect access, var = 48

Arytmetyka wskaźników w C

Operacje wskaźnika podsumowano na poniższym rysunku

Operacja priorytetowa (pierwszeństwo)

Pracując ze wskaźnikami C, musimy przestrzegać następujących reguł priorytetów:

• Operatory * i & mają taki sam priorytet jak operatory jednoargumentowe (negacja!, inkrementacja++, dekrementacja–).
• W tym samym wyrażeniu operatory jednoargumentowe *, &,!, ++, – są oceniane od prawej do lewej.

Jeśli wskaźnik P wskazuje na zmienną X, wówczas * P można użyć wszędzie tam, gdzie można zapisać X.

Poniższe wyrażenia są równoważne:

int X =10
int *P = &Y;
For the above code, below expressions are true

W drugim przypadku konieczne są nawiasy: ponieważ operatory jednoargumentowe * i ++ są obliczane od prawej do lewej, bez nawiasów zostałby zwiększony wskaźnik P, a nie obiekt, na który wskazuje P.

Poniższa tabela przedstawia arytmetykę i podstawowe operacje, które można stosować podczas pracy ze wskaźnikami języka C

Wskaźniki i tablice C z przykładami

Tradycyjnie dostęp do elementów tablicy uzyskujemy za pomocą jej indeksu, ale tę metodę można wyeliminować za pomocą wskaźników. Wskaźniki ułatwiają dostęp do każdego elementu tablicy.

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a[5]={1,2,3,4,5};   //array initialization
    int *p;     //pointer declaration
               /*the ptr points to the first element of the array*/

    p=a; /*We can also type simply ptr==&a[0] */
    
    printf("Printing the array elements using pointer\n");
    for(int i=0;i<5;i++)    //loop for traversing array elements
    {
        	printf("\n%x",*p);  //printing array elements
        	p++;    //incrementing to the next element, you can also write p=p+1
    }
    return 0;
}

Wyjście:

1
2
3
4
5

Dodanie określonej liczby do wskaźnika spowoduje przesunięcie położenia wskaźnika do wartości uzyskanej przez operację dodawania. Załóżmy, że p jest wskaźnikiem, który obecnie wskazuje na położenie pamięci 0, jeśli wykonamy następującą operację dodawania, p+1, to zostanie ona wykonana w następujący sposób:

Ponieważ p obecnie wskazuje lokalizację 0 po dodaniu 1, wartość wyniesie 1, a zatem wskaźnik będzie wskazywał lokalizację pamięci 1.

Wskaźniki i ciągi C z przykładami

Łańcuch to tablica obiektów typu char zakończona znakiem null „\ 0”. Za pomocą wskaźników możemy manipulować ciągami znaków. Ten wskaźnik w przykładzie C wyjaśnia tę sekcję

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
char str[]="Hello Guru99!";
char *p;
p=str;
printf("First character is:%c\n",*p);
p =p+1;
printf("Next character is:%c\n",*p);
printf("Printing all the characters in a string\n");
p=str;  //reset the pointer
for(int i=0;i<strlen(str);i++)
{
printf("%c\n",*p);
p++;
}
return 0;
}

Wyjście:

First character is:H
Next character is:e
Printing all the characters in a string
H
e
l
l
o

G
u
r
u
9
9
!

Innym sposobem obsługi ciągów znaków jest użycie tablicy wskaźników, jak w poniższym programie:

#include <stdio.h>
int main(){
char *materials[ ] = {  "iron",  "copper",  "gold"};
printf("Please remember these materials :\n");
int i ;
for (i = 0; i < 3; i++) {
  printf("%s\n", materials[ i ]);}
  return 0;}

Wyjście:

Please remember these materials:
iron
copper
gold

Wady wskaźników w C

• Wskaźniki są nieco skomplikowane do zrozumienia.
• Wskaźniki mogą prowadzić do różnych błędów, takich jak błędy segmentacji, lub mogą uzyskać dostęp do komórki pamięci, która w ogóle nie jest potrzebna.
• Jeśli do wskaźnika zostanie podana niepoprawna wartość, może to spowodować uszkodzenie pamięci.
• Wskaźniki są również odpowiedzialne za wycieki pamięci.
• Wskaźniki są stosunkowo wolniejsze niż zmienne.
• Programistom bardzo trudno jest pracować ze wskaźnikami; dlatego też obowiązkiem programisty jest ostrożne manipulowanie wskaźnikiem.

Podsumowanie

• Wskaźnik to nic innego jak miejsce w pamięci, w którym przechowywane są dane.
• Wskaźnik służy do uzyskiwania dostępu do lokalizacji pamięci.
• Istnieją różne typy wskaźników, takie jak wskaźnik zerowy, wskaźnik dziki, wskaźnik pusty i inne typy wskaźników.
• Wskaźników można używać z tablicami i ciągami znaków, aby uzyskać bardziej efektywny dostęp do elementów.
• Możemy tworzyć wskaźniki funkcji, aby dynamicznie wywoływać funkcję.
• Na wskaźniku można wykonywać operacje arytmetyczne. Jest to tzw. arytmetyka wskaźnikowa.
• Wskaźniki mogą również wskazywać na funkcję, co ułatwia wywoływanie różnych funkcji w przypadku definiowania tablicy wskaźników.
• Jeśli chcesz obsługiwać inny zmienny typ danych, możesz użyć wskaźnika pustego rzutowania typu.