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

Czym jest wskaźnik w języku C?

A wskaźnik W języku C zmienna przechowuje adres innej zmiennej. Wskaźnik może również odnosić się do innego wskaźnika lub do funkcji. Wskaźnik można zwiększać lub zmniejszać, aby wskazywał na następną lub poprzednią lokalizację w pamięci. Celem wskaźnika jest oszczędność miejsca w pamięci i skrócenie czasu wykonywania.

Jak używać wskaźników w C

Jeśli zadeklarujemy zmienną v typu int, v przechowuje wartość. Każda zmienna, oprócz wartości, ma również adres, czyli miejsce, w którym się znajduje w pamięci. Adres można uzyskać, umieszczając znak ampersand (&) przed nazwą zmiennej. Jeśli wydrukujesz adres zmiennej, będzie on wyglądał jak liczba losowa, która może się różnić w zależności od uruchomienia.

Zamiast przechowywać wartość, wskaźnik przechowuje adres zmiennej. Na przykład:

int *y = &v;

Deklarowanie wskaźnika

Podobnie jak zmienne, wskaźniki w Programowanie C muszą zostać zadeklarowane przed użyciem. Deklaracja wskaźnika ma następującą postać:

data_type *pointer_variable_name;

Tutaj, typ danych jest typem bazowym wskaźnika i wskazuje typ zmiennej, na którą wskazuje wskaźnik. Gwiazdka (*), ten sam symbol, który jest używany do mnożenia, jest operatorem pośrednim deklarującym wskaźnik. Oto kilka prawidłowych deklaracji wskaźnika:

int    *ptr_thing;       /* pointer to an integer */
int    *ptr1, thing;     /* ptr1 points to an int; thing is an int */
double *ptr2;           /* pointer to a double */
float  *ptr3;           /* pointer to a float */
char   *ch1;            /* pointer to a character */

Zainicjuj wskaźnik

Po zadeklarowaniu wskaźnika inicjalizujemy go adresem zmiennej. Jeśli wskaźnik nie zostanie zainicjowany i użyty, skutki mogą być nieprzewidywalne i potencjalnie katastrofalne. Aby uzyskać adres zmiennej, należy użyć operatora ampersand (&) przed nazwą zmiennej:

pointer = &variable;

Poniżej przedstawiono prosty program ilustrujący wskaźnik:

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

Wyjście:

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

Rodzaje wskaźników w C

Wskaźnik zerowy

Wskaźnik null tworzymy, przypisując wartość NULL podczas deklaracji. Jest to przydatne, gdy do wskaźnika nie przypisano jeszcze żadnego adresu. Wskaźnik null zawsze zawiera wartość 0:

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

Wskaźnik pustki

Wskaźnik typu void, zwany również wskaźnikiem generycznym, nie ma żadnego standardowego typu danych. Jest tworzony za pomocą słowa kluczowego void i może przechowywać adres dowolnej zmiennej:

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

Dziki wskaźnik

Wskaźnik nazywany jest wskaźnikiem dzikim, jeśli nie jest zainicjowany niczym. Takie wskaźniki nie są wydajne, ponieważ mogą wskazywać na nieznaną lokalizację w pamięci, co może powodować problemy i awarie programu. Zawsze należy zachować ostrożność ze wskaźnikami dzikimi:

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

Inne typy wskaźników w języku C obejmują wskaźnik wiszący, wskaźnik złożony, wskaźnik bliski, wskaźnik daleki i wskaźnik ogromny.

Bezpośrednie i pośrednie wskaźniki dostępu

W języku C istnieją dwa równoważne sposoby dostępu do zawartości zmiennej i manipulowania nią. Dostęp bezpośredni wykorzystuje nazwę zmiennej bezpośrednio, natomiast dostęp pośredni używa wskaźnika do zmiennej:

#include <stdio.h>
int var = 1;        /* declare and initialize an int variable */
int *ptr;           /* declare a pointer to int */
int main(void)
{
   ptr = &var;       /* point ptr to var */
   printf("\nDirect access, var = %d", var);
   printf("\nIndirect access, var = %d", *ptr);
   *ptr = 48;        /* change var through the pointer */
   printf("\nIndirect access, var = %d", *ptr);
   return 0;
}

Arytmetyka wskaźników w C

Pracując ze wskaźnikami, należy przestrzegać następujących zasad priorytetyzacji. Operatory * i & mają taki sam priorytet jak operatory unarne (negacja !, inkrementacja ++, dekrementacja –). W tym samym wyrażeniu operatory unarne *, &, !, ++ i — są obliczane od prawej do lewej. Jeśli wskaźnik P wskazuje na zmienną X, to *P można użyć wszędzie tam, gdzie można zapisać X. Poniższe wyrażenia są równoważne:

W ostatnim przypadku wymagane są nawiasy: ponieważ operatory jednoargumentowe * i ++ są obliczane od prawej do lewej, bez nawiasów inkrementowany byłby wskaźnik P, a nie obiekt, na który wskazuje. Operacje arytmetyczne dostępne na wskaźnikach to przypisanie, inkrementacja i dekrementacja oraz dodawanie lub podpisywanie.tracokreślając przesunięcie całkowite, które przesuwa wskaźnik o liczbę elementów (każdy krok jest równy rozmiarowi typu bazowego w bajtach).

Wskaźniki i tablice w języku C z przykładami

Tradycyjnie dostęp do elementów tablicy uzyskujemy za pomocą indeksu, ale wskaźniki również to ułatwiają. Wskaźnik ustawiony na nazwę tablicy wskazuje na pierwszy element:

#include <stdio.h>
int main()
{
   int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};   // array initialization
   int *p;                       // pointer declaration
   p = a;                       // p points to the first element; same as &a[0]
   for (int i = 0; i < 5; i++)
   {
      printf("%d\n", *p);            // print element
      p++;                      // move to the next element
   }
   return 0;
}

Dodanie liczby do wskaźnika przesuwa go o wskazaną liczbę elementów do przodu. Jeśli p wskazuje na komórkę pamięci 0, to p + 1 powoduje, że wskaźnik wskazuje na komórkę pamięci 1.

Wskaźniki i ciągi C z przykładami

Ciąg to tablica obiektów char kończąca się znakiem null „\0”. Na ciągach możemy manipulować za pomocą wskaźników:

#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);
   p = str;                     // reset the pointer
   for (int i = 0; i < strlen(str); i++)
   {
      printf("%c\n", *p);
      p++;
   }
   return 0;
}

Innym sposobem radzenia sobie z ciągami znaków jest użycie tablicy wskaźników:

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

Zalety wskaźników w C

• Wskaźniki są przydatne do bezpośredniego dostępu do komórek pamięci.
• Umożliwiają efektywny dostęp do elementów tablicy.
• Służą do dynamicznego przydzielania i zwalniania pamięci.
• Służą do tworzenia złożonych struktur danych, takich jak listy powiązane, grafy i drzewa.

Wady wskaźników w C

• Wskaźniki są nieco skomplikowane do zrozumienia.
• Mogą one powodować błędy, takie jak błędy segmentacji lub dostęp do nieprzewidzianego miejsca w pamięci.
• Podanie nieprawidłowej wartości wskaźnikowi może spowodować uszkodzenie pamięci.
• Wskaźniki są również odpowiedzialne za wycieki pamięci, jeśli pamięć nie zostanie zwolniona.
• Obowiązkiem programisty jest ostrożne obchodzenie się ze wskaźnikiem.

FAQ