Ukazatele. Paměť počítače Víte, jak velkou paměť má váš počítač? Ovládací panely/systém Víte, kolik je 1KiB,1kB, 1MB, 1GiB(ČSN IEC , 1998)?

Transkript

1 1 Přírava studijního rogramu Informatika je odorována rojektem financovaným z Evroského sociálního fondu a rozočtu hlavního města Prahy. Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti roměnná tyu ukazatel oerace reference oerace dereference komatibilita ukazatelů ukazatelová aritmetika ole a ukazatele dynamické roměnné dealokace dynamických roměnných BI-PA1 Programování a algoritmizace 1, ZS Katedra teoretické informatiky Miroslav Balík Fakulta informačních technologií České vysoké učení technické 2/26 Paměť očítače Víte, jak velkou aměť má váš očítač? Ovládací anely/systém Víte, kolik je 1KiB,1kB, 1MB, 1GiB(ČSN IEC , 1998)? Jednotka Značka B kb KiB Kilobyte kb 00 1 ~0,9766 Kibibyte KiB 24 1,024 1 Megabyte MB ~976,6 Mebibyte MiB ~48,6 24 Gigabyte GB ,5 Gibibyte GiB 2 30 bytů ~ rog8-mocniny2.c Jak vysat adresy roměnných? rog8-adresy.c Obsah roměnné tyu ukazatel na T se cháe jako adresa roměnné tyu T (známe již arametry tyu ukazatel) Proměnnou tyu ukazatel na T zavedeme deklarací T *; Tuto roměnnou můžeme inicializovat ukazatelem na roměnnou x tyu int (adresou roměnné x) T * = &x; nebo ji řiřadit ukazatel na roměnnou x tyu int (adresu roměnné x) = &x; Unární refixový oerátor & označuje oeraci reference Je-li X roměnná tyu T, ak výsledkem oerace &X je ukazatel na roměnnou X (adresa roměnné X) a je tyu T*, tzn. ukazatel na T Příklad (rog8-ukazatele1.c) c = &c; 3/26 4/26 Nebudeme se zabývat číselnými adresami Skutečnost, že roměnná tyu ukazatel obsahuje adresu roměnné x vyjádříme šikou z na x Předchozí říklad ještě jednou: c = &c; i i c c *c = &c; Dereference Chceme-li oužít roměnnou, na kterou ukazuje ukazatel, vyjádříme to omocí unárního oerátoru dereference * Je-li X ukazatel tyu T*, ak *X označuje roměnnou tyu T, na kterou ukazuje ukazatel X Příklad (rog8-ukazatele2.c) c = &c; i i *i *i = ; *c = a ; c c a *c 5/26 6/26

2 2 Přiřazení ukazatelů Pro ty ukazatel na T (T*) ty T nazýváme doménovým tyem ukazatele Komatibilními tyy ukazatel jsou takové, které mají stejný doménový ty Proměnné tyu ukazatel je třeba řiřadit komatibilní ukazatel int i, *i; int* char* i = &i; /* komatibilni tyy */ int* i = &c; /* nekomatibilni tyy */ Přiřazení ukazatelů Co může zůsobit, řiřadíme-li roměnné nekomatibilní ukazatel int i, *i; i = &c; /* romenna tyu int* ukazuje na romennou tyu char */ c = &i; /* romenna tyu char* ukazuje na romennou tyu int */ *i = 0; /* vynuluji se 4 byty ocinaje adresou ulozenou v i */ Přiřazení nekomatibilního ukazatele je v C ouze varovné hlášení *c = 0; /* vynuluje se byte na adrese ulozene v c */ viz říklad rog8-ukazatele3.c 7/26 8/26 Přiřazení ukazatelů, oznámka Uložení čísla int 0x4A 3B 2C 1D v aměti očítače: Little endian (Intel) 1D 2C 3B 4A (adresy rostou dorava) Big endian (Motorola, SPARC, IBM) 4A 3B 2C 1D Middle-endian (Mixed endian) 3B 4A 1D 2C nebo 2C 1D 4A 3B Bi-endian (umí řeínat) ARM, PowerPC, Alha, SPARC V9, MIPS, PA-RISC and IA64) NULL ukazatel Jako rázdný, nelatný ukazatel, který neukazuje na žádnou roměnnou, slouží v jazyku C hodnota 0 Symbolickým označením tohoto ukazatele je NULL Dereference rázdného ukazatele zůsobí chybu ři běhu rogramu Příklad rog8-ukazatele4.c: int * = NULL; system( PAUSE ); 9/26 /26 Ukazatelová aritmetika Ukazatelé mohou být oerandy sčítání, odčítání a všech relačních oerátorů Dovolené kombinace a ty výsledku: T* + int -> T* T* - int -> T* T* - T* -> int T* relo T* -> int Přičtení n k ukazateli tyu T* znamená jeho změnu o n-násobek délky tyu T, odobně odečtení a rozdíl ukazatelů int a[], * = &a[0]; *( + 3) = ; /* do a[3] se uloží */ /* vynulování ole a */ for ( = &a[0]; <= &a[9]; ++) * = 0; /* nebo */ for ( = &a[0]; <= &a[9]; *++ = 0); Jméno ole rvků tyu T = konstantní ukazatel tyu T* ukazující na rvek s indexem 0 int a[], *a, i; a = a; totéž co a = &a[0] *(a + 2) = 3; totéž co a[2] = 3 *(a + i) = 4; totéž co a[i] = 4; for (a = a; a <= a + 9; *a++ = 0); a++; Chyba (roč?) Uřesnění indexace: X [ Y ], kde rvní výraz je tyu ukazatel na T a druhý tyu int, výsledek je tyu T Výraz X [ Y ] je ekvivalentní s *( ( X ) + ( Y ) ) a[3] = ; totéž co *(a + 3) = ; 11/26 12/26

3 3 Podívejte se na říklad rog8-vektory1.c skalární součin dvou vektorů, arametry funkcí secifikovány jako ukazatele Podívejte se na říklad rog8-vektory2.c skalární součin dvou vektorů, růchody olem omocí ukazatelové aritmetiky void ctivektor(int *v, int n) { int i; rintf zadejte %d celych cisel\n, n); scanf( %d, &v[i]); void ctivektor(int v[], int n) { int *, *n = v+n; rintf( zadejte %d celych cisel\n, n); for (=v; <n; ++) scanf( %d, ); void ctivektor(int *v, int n) { int i; rintf( zadejte %d celych cisel\n, n); scanf( %d, &v[i]); 13/26 14/26 - PALINDROM Palindrom je alesoň dvojznakové slovo, které vychází stejně čteno odředu i odzadu, nař. kajak Pro zjištění, zda slovo je alindrom, zavedeme funkci #define MAXDELKA 0 int jepalindrom(char *s); char slovo[maxdelka+1]; neochoen neotoen Dne moto: Palindrom i sáchá sí mord, Nil a otom End. rintf( zadejte slovo obsahujici nanejvys %d znaku:, MAXDELKA); scanf( %s, slovo); rintf( zadali jste %s\n, slovo); rintf( toto slovo ); if (jepalindrom(slovo)) rintf( je ); else rintf( neni ); rintf( alindrom\n ); Jak zjistit, že slovo je alindrom slovo délky d bude uloženo v oli s očínaje indexem 0 a konče indexem d-1 (hodnotou rvku s indexem d bude závěrečná nula) aby slovo bylo alindrom, musí latit: s[0] == s[d-1] s[1] == s[d-2] test na rovnost skončíme, až dosáhneme oloviny délky slova Řešení (rog8-alindrom1.c): int delka = strlen(s), olovina = delka/2, i; for (i=0; i<olovina; i++) if (s[i]!=s[delka-i-1]) 15/26 16/26 Testy rovnosti znaků můžeme rovádět omocí dvou roměnných tyu ukazatel na char, z nichž rvní nastavíme na rvní znak a budeme ji zvětšovat a druhou nastavíme na oslední znak a budeme ji zmenšovat Test budeme oakovat, okud rvní ukazatel bude menší než druhý ukazatel Řešení (rog8-alindrom2.c): char *, *q; char =s, q=s+strlen(s)-1; for (=s, q=s+strlen(s)-1; <q; ++,q--) while (<q) if (*!= *q) if (*++!= *q--) 17/26 A něco na závěr řetězců a ukazatelů Literál tvořený oslouností znaků, která je uzavřena do uvozovek, je tyu char* (řiomeňme, že v aměti je rerezentován oslouností znaků zakončenou nulovým bytem) Podívejte se na říklad rog8-alindrom3.c #define SLOVO kajak int jepalindrom(char *s); rintf( slovo %s, SLOVO); if (jepalindrom(slovo)) rintf( je ); else rintf( neni ); rintf( alindrom\n ); jepalindrom( abcd ); 18/26

4 4 Dynamické roměnné v jazyku C slouží ředevším ro: ředávání výstuních arametrů rocedurám a funkcím ředávání ole jako arametru rocedurám a funkcím řístu k dynamickým roměnným Dynamická roměnná není zavedena deklarací, ale je vytvořena seciální funkcí (oerátorem, říkazem) Dynamická roměnná nemá jméno, a roto k ní můžeme řistuovat ouze omocí ukazatele (adresy) V jazyku C vytvoříme dynamickou roměnnou omocí funkce malloc arametrem funkce je očet bytů, které budou vnitřní rerezentací roměnné funkce zařídí, že ve volné aměti je rezervováno místo ro roměnnou s danou velikostí vnitřní rerezentace a jejím výsledkem je adresa tohoto místa (tzn. ukazatel na dynamicky vytvořenou roměnnou) funkce je deklarována tak, že vrací výsledek tyu void*; volání funkce je roto třeba řetyovat Dynamické roměnné Příklad (rog8-dynrom.c) int *; = (int *)malloc(sizeof(int)); rintf( *=%d\n, *); system( PAUSE ); Jak je to v aměti očítače zásobník řetyování na ty int* halda 19/26 20/26 Dynamicky vytvořené ole Dynamicky vytvořené roměnné jednoduchých tyů obvykle nejsou třeba Užitečné je dynamicky vytvořené ole Příklad: skalární součin dvou vektorů, očet složek je dán vstuními daty funkce ctivektor dynamicky vytvoří ole, jehož délka je dána arametrem, a řečte jeho rvky z klávesnice int *ctivektor(int n) { int i, *; = (int *)malloc(sizeof(int)*n); rintf( zadejte %d celych cisel\n, n); scanf( %d, &[i]); return ; Ve funkci main nebudou deklarována ole, ale roměnné tyu ukazatel, do nichž se uloží adresy olí dynamicky vytvořených funkcí ctivektor Dynamicky vytvořené ole rog8-dynole.c int ctiint(int min, int max) { int *ctivektor(int n) { int skalarnisoucin(int x[], int y[], int n) { int *x, *y, n; rintf( zadejte ocet slozek vektoru: ); n = ctiint(1, INT_MAX); rintf( vektor x\n ); x = ctivektor(n); rintf( vektor y\n ); y = ctivektor(n); rintf( skalarni soucin vektoru x a y je %d\n, skalarnisoucin(x, y, n)); 21/26 22/26 Příklad: = (int *)malloc(sizeof(int)); q = (int *)malloc(sizeof(int)); Příklad: = (int *)malloc(sizeof(int)); q = (int *)malloc(sizeof(int)); q = ; Co s dynamicky vytvořenou roměnnou s hodnotu 20, na kterou ukazovala roměnná q (není řístuná)? Před ztrátou ukazatele na ni je třeba ji dealokovat (vrátit aměť, kterou zabírá, zět do volné aměti) 23/26 24/26

5 5 Dealokaci rovádí funkce free = (int*)malloc(sizeof(int)); q = (int*)malloc(sizeof(int)); free(q); q = ; Pamět očítače rogram vytvořený řekladačem jazyka C využívá ěti úseků aměti: aměť kódu aměť konstant aměť globálnich roměnných zásobník ro řidělení aměti arametrům a lokálním roměnným funkcí aměť ro dynamické roměnné Paměť řidělená modře zarámované roměnné se uvolní a je k disozici ro další malloc Podívejte se na rogram rog8-amet.c, který vyíše adresy z těchto úseků 25/26 26/26