Указатели в C: что такое указатель в программировании на C? Типы

Как использовать указатели в C

Если мы объявим переменную v типа int, v фактически сохранит значение.

v теперь равно нулю.

Однако каждая переменная, кроме значения, имеет еще и свой адрес (или, проще говоря, то, где она находится в памяти). Адрес можно получить, поставив амперсанд (&) перед именем переменной.

Если вы выведете адрес переменной на экран, он будет выглядеть как совершенно случайное число (более того, оно может отличаться от запуска к запуску).

Давайте попробуем это на практике с указателем на примере C.

Результат этой программы: -480613588.

Итак, что такое указатель? Вместо хранения значения указатель будет хранить адрес переменной.

Целое *y = &v;

Объявление указателя

Как и переменные, указатели в C программирование должны быть объявлены до того, как их можно будет использовать в вашей программе. Указатели могут быть названы как угодно, пока они подчиняются правилам именования языка C. Объявление указателя имеет следующую форму.

data_type * pointer_variable_name;

Здесь,

• тип данных является базовым типом указателя среди типов переменных C и указывает тип переменной, на которую указывает указатель.
• Звездочка (*: та же звездочка, которая используется для умножения), которая является оператором косвенности, объявляет указатель.

Давайте посмотрим на некоторые допустимые объявления указателей в этом руководстве по указателям 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 */

Инициализировать указатель

После объявления указателя мы инициализируем его как стандартные переменные с адресом переменной. Если указатели в программировании на языке C не инициализированы и используются в программе, результаты могут быть непредсказуемыми и потенциально катастрофическими.

Чтобы получить адрес переменной, мы используем оператор амперсанда (&), помещенный перед именем переменной, адрес которой нам нужен. Инициализация указателя выполняется с помощью следующего синтаксиса.

Синтаксис указателя

 pointer = &variable;

Ниже приведена простая программа для иллюстрации указателя:

#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;
}

Вывод:

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

Указатели прямого и косвенного доступа

В C существует два эквивалентных способа доступа к содержимому переменной и манипулирования им.

• Прямой доступ: мы используем непосредственно имя переменной
• Косвенный доступ: мы используем указатель на переменную

Давайте разберемся в этом с помощью программы ниже

#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;}

После компиляции программы без ошибок результат такой:

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

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

Indirect access, var = 48

Арифметика указателей в C

Операции с указателем обобщены на следующем рисунке.

Приоритетная операция (приоритет)

При работе с указателями C мы должны соблюдать следующие правила приоритета:

• Операторы * и & имеют тот же приоритет, что и унарные операторы (отрицание!, приращение++, декремент–).
• В том же выражении унарные операторы *, &,!, ++, – вычисляются справа налево.

Если указатель P указывает на переменную X, то *P можно использовать везде, где можно записать X.

Следующие выражения эквивалентны:

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

В последнем случае необходимы круглые скобки: поскольку унарные операторы * и ++ вычисляются справа налево, без скобок увеличивался бы указатель P, а не объект, на который указывает P.

В таблице ниже показаны арифметические и основные операции, которые можно использовать при работе с указателями C.

Указатели и массивы C с примерами

Традиционно мы получаем доступ к элементам массива, используя его индекс, но этот метод можно исключить, используя указатели. Указатели упрощают доступ к каждому элементу массива.

#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;
}

Вывод:

1
2
3
4
5

Добавление определенного числа к указателю переместит местоположение указателя на значение, полученное в результате операции сложения. Предположим, что p — это указатель, который в данный момент указывает на ячейку памяти 0. Если мы выполним следующую операцию сложения, p+1, то она будет выполнена следующим образом:

Поскольку p в настоящее время указывает на ячейку 0 после добавления 1, значение станет 1, и, следовательно, указатель будет указывать на ячейку памяти 1.

Указатели и строки C с примерами

Строка представляет собой массив объектов char, заканчивающийся нулевым символом '\ 0'. Мы можем манипулировать строками с помощью указателей. Этот указатель в примере C объясняет этот раздел.

#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;
}

Вывод:

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
!

Другой способ работы со строками — использование массива указателей, как в следующей программе:

#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;}

Вывод:

Please remember these materials:
iron
copper
gold

Недостатки указателей в C

• Указатели немного сложны для понимания.
• Указатели могут привести к различным ошибкам, таким как ошибки сегментации, или могут получить доступ к ячейке памяти, которая вообще не требуется.
• Если указателю присвоено неверное значение, это может привести к повреждению памяти.
• Указатели также ответственны за утечку памяти.
• Указатели работают сравнительно медленнее, чем переменные.
• Программистам очень сложно работать с указателями; поэтому ответственность за осторожное манипулирование указателем лежит на программисте.

Резюме

• Указатель — это не что иное, как ячейка памяти, в которой хранятся данные.
• Указатель используется для доступа к ячейке памяти.
• Существуют различные типы указателей, такие как нулевой указатель, дикий указатель, недействительный указатель и другие типы указателей.
• Указатели можно использовать с массивами и строками для более эффективного доступа к элементам.
• Мы можем создавать указатели на функции для динамического вызова функции.
• С указателем можно выполнять арифметические операции, которые известны как арифметика указателей.
• Указатели также могут указывать на функции, которые упрощают вызов различных функций в случае определения массива указателей.
• Если вы хотите иметь дело с переменными типами данных другого типа, вы можете использовать указатель типа void.