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

Что такое указатель в языке C?

A указатель В языке C указатель — это переменная, которая хранит адрес другой переменной. Указатель также может ссылаться на другой указатель или на функцию. Указатель может увеличиваться или уменьшаться, указывая на следующее или предыдущее местоположение в памяти. Цель указателя — экономия памяти и ускорение выполнения программы.

Как использовать указатели в C

Если мы объявим переменную v типа int, то v будет хранить значение. Каждая переменная, помимо своего значения, также имеет адрес, то есть, где она находится в памяти. Адрес можно получить, поставив амперсанд (&) перед именем переменной. Если вы выведете адрес переменной на экран, он будет выглядеть как случайное число, которое может отличаться от запуска программы.

Вместо хранения значения указатель хранит адрес переменной. Например:

int *y = &v;

Объявление указателя

Как и переменные, указатели в C программирование Их необходимо объявить до того, как их можно будет использовать. Объявление указателя имеет следующий вид:

data_type *pointer_variable_name;

Здесь, тип данных Базовый тип указателя указывает на тип переменной, на которую он указывает. Звездочка (*), тот же символ, что используется для умножения, является оператором косвенного доступа при объявлении указателя. Некоторые допустимые объявления указателей:

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 */

Инициализация указателя

После объявления указателя мы инициализируем его адресом переменной. Если указатель не инициализирован и используется, результаты могут быть непредсказуемыми и потенциально катастрофическими. Чтобы получить адрес переменной, используйте оператор амперсанда (&) перед именем переменной:

pointer = &variable;

Ниже приведена простая программа, иллюстрирующая работу с указателем:

#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;
}

Выход:

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

Типы указателей в C

Нулевой указатель

Нулевой указатель создается путем присвоения ему значения NULL при объявлении. Это полезно, когда указателю еще не присвоен адрес. Нулевой указатель всегда содержит значение 0:

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

Пустой указатель

Указатель типа void, также называемый универсальным указателем, не имеет стандартного типа данных. Он создаётся с помощью ключевого слова void и может хранить адрес любой переменной:

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

Дикий Пойнтер

Указатель называется некорректным (wild pointer), если он ничем не инициализирован. Такие указатели неэффективны, поскольку могут указывать на неизвестное место в памяти, что может вызвать проблемы и привести к сбою программы. Всегда будьте осторожны с некорректными указателями:

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

В языке C к другим типам указателей относятся висячий указатель, комплексный указатель, ближний указатель, дальний указатель и большой указатель.

Указатели прямого и косвенного доступа

В языке C существует два эквивалентных способа доступа к содержимому переменной и манипулирования им. Прямой доступ использует непосредственно имя переменной, а косвенный доступ использует указатель на переменную:

#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;
}

Арифметика указателей в C

При работе с указателями соблюдайте следующие правила приоритета. Операторы * и & имеют тот же приоритет, что и унарные операторы (отрицание !, инкремент ++, декремент –). В одном и том же выражении унарные операторы *, &, !, ++ и — вычисляются справа налево. Если указатель P указывает на переменную X, то *P можно использовать везде, где можно записать X. Следующие выражения эквивалентны:

В последнем случае скобки необходимы: поскольку унарные операторы * и ++ вычисляются справа налево, без скобок будет увеличиваться указатель P, а не объект, на который он указывает. Доступные арифметические операции над указателями включают присваивание, увеличение и уменьшение, а также сложение или вычитание.tracЗадается целочисленное смещение, которое перемещает указатель на указанное количество элементов (каждый шаг равен размеру базового типа в байтах).

Указатели и массивы в языке C с примерами

Традиционно доступ к элементам массива осуществляется по индексу, но указатели также упрощают этот процесс. Указатель, присвоенный имени массива, указывает на первый элемент:

#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;
}

Добавление числа к указателю перемещает его на соответствующее количество элементов вперед. Если p указывает на ячейку памяти 0, то p + 1 заставит указатель указывать на ячейку памяти 1.

Указатели и строки C с примерами

Строка — это массив символов, заканчивающийся нулевым символом '\0'. Мы можем манипулировать строками с помощью указателей:

#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;
}

Ещё один способ работы со строками — использование массива указателей:

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

Преимущества указателей в C

• Указатели полезны для прямого доступа к областям памяти.
• Они предоставляют эффективный способ доступа к элементам массива.
• Они используются для динамического выделения и освобождения памяти.
• Они используются для формирования сложных структур данных, таких как связанные списки, графы и деревья.

Недостатки указателей в C

• Указатели немного сложны для понимания.
• Они могут вызывать ошибки, такие как ошибки сегментации или доступ к непредусмотренному участку памяти.
• Некорректное значение, присвоенное указателю, может привести к повреждению памяти.
• Указатели также являются причиной утечек памяти, если память не освобождается.
• В обязанности программиста входит бережное обращение с указателями.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)