Операции над указателями. Типы указателей

Над адресами в C++ определены следующие арифметические операции:

·сложение и вычитание указателей с константой;

·вычитание одного указателя из другого;

·инкремент;

·декремент.

Сложение и вычитание указателей с константой n означает, что указатель перемещается по ячейкам памяти на столько байт, сколько занимает nпеременных того типа, на который он указывает. Допустим, что указатель имеет символьный тип и его значение равно 100. Результат сложения этого указателя с единицей — 101, так как для хранения переменной типа char требуется 1 байт. Если же значение указателя равно 100, но он имеет целочисленный тип, то результат его сложения с единицей будет составлять 104, так как для переменной типа int отводится 4 байта.

Разность двух указателей – это разность их значений, деленная на размер типа в байтах. Так, разность указателей на третий и нулевой элементы массива равна трем, а на третий и девятый — шести. Суммирование двух указателей не допускается.

Инкремент перемещает указатель к следующему элементу массива, а декремент – к предыдущему:

К указателям так же применимы операции отношения ==, !=, <,>,<=,>=. Иными словами, указатели можно сравнивать. Например, если i указывает на пятый элемент массива, а j — на первый, то отношение i>j истинно. Кроме того, любой указатель можно сравнивать на равенство с нулем. Однако, все эти утверждения верны, если речь идет об указателях, ссылающихся на один массив. В противном случае результат арифметических операций и операций отношения будет не определен.

Указатели на указатели.

Концепция массивов указателей открыта и проста, поскольку индексы имеют вполне определенное значение. Тем не менее, в случае, когда один указатель указывает на другой, могут возникнуть проблемы. Указатель на указатель является формой многочисленного перенаправления или цепочки указателей. Рассмотрим рис.

В случае обычных указателей, указатель содержит адрес некоторого участка памяти, содержащего некоторое значение. В случае указателя на указатель, первый указатель содержит адрес второго, который в свою очередь содержит адрес участка памяти, содержащего некоторое значение.

Многочисленное перенаправление может и дальше расширяться. Но существует немного случаев, когда необходимо что-то более мощное, чем указатель на указатель. Излишнее перенаправленние приводит к концептуальным ошибкам, которые очень трудно исправлять. (Не надо путать многочисленное перенаправление со связанными списками, которые используются в базах данных.)

Переменная, являющаяся указателем на указателе должна быть описана следующим образом. Это выполняется путем помещения двух звездочек перед именем. Например, следующее объявление сообщается компилятору, что newbalance - это указатель на указатель типа float:

float **newbalance;

Важно понимать, что newbalance - это не указатель на число с плавающей точкой, а указатель на указатель на вещественное число.

Для получения доступа к целевому значению, косвенно указываемому указателем на указатель, следует применить оператор * два раза, как показано в следующем примере:

#include <stdio.h>
int main(void)
{
int x, *p, **q;
x = 10;
p = &x;
q = &p;
printf ("%d", **q) ; /* вывод значения x */
return 0;
}

Здесь p объявляется как указатель на целое, a q - это указатель на указатель на целое. Вызов printf() выводит число 10 на экран.

Указатели и строки.

Строка– это последовательность (массив) символов (типа char), которая заканчивается специальным символом – признаком конца строки. Это символ записывается как '\0' (не путайте с символом переноса строки'\n') и равен 0. При вводе строки символ конца строки добавляется автоматически. Все функции работы со строками – и стандартные, и создаваемые программистом – должны ориентироваться на этот символ. Если требуется сформировать новую строку, то обязательно надо добавлять признак конца строки. Если этого не сделать, то при дальнейшей работе возникнут ошибки.

Строковым литералом называется последовательность символов, заключённых в двойные кавычки. В строковом литерале на один символ больше, чем используется при его записи – добавляется символ '\0'.

Тип строкового литерала есть «массив с надлежащим количество константных символов». Строковый литерал можно присвоить переменной типа char *. Это разрешается, потому что в предыдущих определениях С иC++ типом строкового литерала был char *. Однако изменение строкового литерала через такой указатель является ошибкой.

То, что строковые литералы являются константами, не только является очевидным, но и позволяет при реализации произвести значительную оптимизацию методов хранения и доступа к строковым литералам. Если же нужна строка, которую можно модифицировать, следует объявить и инициализировать массив символов.

Память под строковые литералы выделяется статически, поэтому их можно возвращать в качестве значения функции.

Ссылочный тип данных.

До настоящего момента мы предполагали, что структуры данных и их размещение в пространстве памяти строго фиксировано и не изменно, то есть статично. Поэтому, такие данные, как правило, называют статическими. При этом, следует заметить, что доступ к статическим данным всегда осуществляется непосредственно к месту их физического размещения в памяти, то есть, используется механизм непосредственного доступа к данным.

Для повышения эффективности в современных системах сбора и обработки информации часто требуется использование данных структура которых может изменяться в процессе работы программы (списки, деревья, графы...). Такие данные, как правило, называют динамическими данными или данными с динамической структурой. Для того, чтобы обеспечить эффективную работу с динамическими данными механизм непосредственного доступа как правило не приемлем. Для этого необходим механизм при котором доступ к реальным данным осуществляется через адресные значения, определяющие расположение реальных данных в пространстве памяти, и предоставляется возможность манипулирования такими адресными значениями. Такой механизм доступа к данным называют механизмом косвенного доступа.

Многие современные языки программирования, в качестве механизма косвенного доступа к данным, используют указатели, которые позволяют манипулировать адресами размещаемых в пространстве памяти объектов. Не смотря на то, что указатели являются достаточно эффективным средством работы с динамическими данными, непосредственная работа с адресами и адресной арифметикой часто является источником ошибок которые трудно обнаружить. Известным обладателем подобной проблемы является семейство языков C/C++.

В качестве механизма косвенного доступа к данным, Ада предлагает концепцию ссылочных типов, использование которых во многом подобно традиционному использованию указателей. При этом ссылочные типы Ады обладают следующими характерными особенностями:

·Ссылочные типы не могут быть использованы для доступа к произвольному адресу памяти.

·Значения ссылочного типа не рассматриваются как целочисленные зачения, а значит, они не поддерживают адресную арифметику.

·Значения ссылочного типа могут ссылаться только на значения того типа, который был указан при описании ссылочного типа.

Из этого следует, что использование ссылочных типов Ады более безопасно и повышает общую надежность создаваемого программного обеспечения.

Примечательно, что в литературе не редко встречаются случаи когда официальная терминология нарушается и ссылочные типы Ады называют указателями. Как правило, это делается с целью обеспечить более традиционное изложение материала.

Все описания ссылочных типов Ады можно условно разделить на три вида:

·ссылочные типы для динамической памяти

·обобщенные ссылочные типы

·ссылочные типы для подпрограмм