Покажчики в C: Що таке покажчик у програмуванні на C? Типи

Як використовувати покажчики в C

Якщо ми оголосимо змінну v типу int, v фактично зберігатиме значення.

v тепер дорівнює нулю.

Однак кожна змінна, крім значення, має також свою адресу (або, простіше кажучи, місце її розташування в пам'яті). Адресу можна отримати, поставивши амперсанд (&) перед назвою змінної.

Якщо ви надрукуєте адресу змінної на екрані, вона буде виглядати як абсолютно випадкове число (більше того, воно може відрізнятися від циклу до циклу).

Давайте спробуємо це на практиці з покажчиком у прикладі C

Результатом цієї програми є -480613588.

Тепер, що таке покажчик? Замість того, щоб зберігати значення, покажчик зберігатиме адресу змінної.

Int *y = &v;

Оголошення покажчика

Як і змінні, покажчики в Програмування на C мають бути оголошені, перш ніж їх можна буде використовувати у вашій програмі. Покажчики можна називати як завгодно, якщо вони підкоряються правилам іменування C. Оголошення покажчика має такий вигляд.

data_type * pointer_variable_name;

Тут,

• тип даних є базовим типом покажчика серед типів змінних C і вказує тип змінної, на яку вказує покажчик.
• Зірочка (*: та сама зірочка, що використовується для множення), яка є оператором непрямості, оголошує покажчик.

Давайте подивимося на деякі дійсні оголошення покажчиків у цьому підручнику з покажчиків 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 */

Ініціалізація покажчика

Після оголошення покажчика ми ініціалізуємо його як стандартні змінні за допомогою адреси змінної. Якщо покажчики в програмуванні на C неініціалізовані та використовуються в програмі, результати можуть бути непередбачуваними та потенційно катастрофічними.

Щоб отримати адресу змінної, ми використовуємо оператор амперсанд (&), який ставиться перед назвою змінної, адреса якої нам потрібна. Ініціалізація покажчика виконується за допомогою наступного синтаксису.

Синтаксис покажчика

 pointer = &variable;

Проста програма для ілюстрації вказівника наведена нижче:

#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;
}

вихід:

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

Покажчики прямого та непрямого доступу

У C є два еквівалентні способи доступу до змінного вмісту та керування ним

• Прямий доступ: ми використовуємо безпосередньо назву змінної
• Непрямий доступ: ми використовуємо покажчик на змінну

Давайте розберемося в цьому за допомогою наведеної нижче програми

#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;}

Після компіляції програми без будь-яких помилок результат:

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

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

Indirect access, var = 48

Арифметика вказівника в C

Операції з покажчиками підсумовано на наступному малюнку

Пріоритетна операція (прецедент)

Працюючи з покажчиками C, ми повинні дотримуватися наступних правил пріоритету:

• Оператори * та & мають той самий пріоритет, що й унарні оператори (заперечення!, приріст++, декремент–).
• У цьому ж виразі унарні оператори *, &,!, ++, – обчислюються справа наліво.

Якщо вказівник P вказує на змінну X, тоді * P можна використовувати всюди, де можна записати X.

Наступні вирази еквівалентні:

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

В останньому випадку потрібні дужки: оскільки унарні оператори * та ++ обчислюються справа наліво, без дужок буде збільшено вказівник P, а не об’єкт, на який вказує P.

У таблиці нижче показано арифметичні та основні операції, які можна використовувати під час роботи з покажчиками C

Покажчики та масиви C із прикладами

Традиційно ми отримуємо доступ до елементів масиву, використовуючи його індекс, але цей метод можна усунути за допомогою покажчиків. Покажчики полегшують доступ до кожного елемента масиву.

#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;
}

вихід:

1
2
3
4
5

Додавання певного числа до вказівника перемістить розташування вказівника до значення, отриманого операцією додавання. Припустимо, що p є вказівником, який на даний момент вказує на комірку пам’яті 0, якщо ми виконаємо наступну операцію додавання, p+1, тоді вона виконається таким чином:

Оскільки p на даний момент вказує на розташування 0 після додавання 1, значення стане 1, і, отже, вказівник вказуватиме на розташування пам’яті 1.

C Покажчики та рядки з прикладами

Рядок — це масив об’єктів char, що закінчується нульовим символом '\ 0'. Ми можемо маніпулювати рядками за допомогою вказівників. Цей покажчик у прикладі C пояснює цей розділ

#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;
}

вихід:

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
!

Інший спосіб роботи з рядками — масив покажчиків, як у наступній програмі:

#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;}

вихід:

Please remember these materials:
iron
copper
gold

Недоліки покажчиків у C

• Покажчики трохи складні для розуміння.
• Покажчики можуть призвести до різноманітних помилок, таких як помилки сегментації, або можуть отримати доступ до місця пам’яті, яке взагалі не потрібно.
• Якщо покажчику надано неправильне значення, це може спричинити пошкодження пам’яті.
• Покажчики також відповідають за витік пам'яті.
• Покажчики порівняно повільніші, ніж у змінних.
• Програмістам дуже важко працювати з покажчиками; тому програміст зобов'язаний обережно працювати з вказівником.

Підсумки

• Покажчик - це не що інше, як область пам'яті, де зберігаються дані.
• Для доступу до місця пам'яті використовується покажчик.
• Існують різні типи вказівників, наприклад нульовий вказівник, дикий вказівник, вказівник на пусті та інші типи вказівників.
• Покажчики можна використовувати з масивами та рядками для більш ефективного доступу до елементів.
• Ми можемо створити покажчики на функції для динамічного виклику функції.
• З покажчиком можна виконувати арифметичні операції, які називаються арифметикою вказівника.
• Покажчики також можуть вказувати на функцію, що полегшує виклик різних функцій у разі визначення масиву покажчиків.
• Якщо ви хочете працювати з різними змінними типами даних, ви можете використовувати вказівник типу void.