Light-electric.com

IT Журнал
11 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Указатели в программировании

Указатели в программировании на C: что такое указатель, и что он делает?

Данная статья поможет вам понять указатели, которые являются интересным и важным аспектом языка C.

С точки зрения инженера-электронщика, который пишет прошивки для встраиваемых систем, указатели не являются необходимым инструментом. Однако я собираюсь рассказать о них сейчас, а не позже в этой серии статей, потому что они тесно связаны с массивами, которые мы обсуждали в предыдущей статье. Кроме того, указатели помогают укрепить ваше понимание взаимосвязи между кодом и аппаратным обеспечением.

Я написал немало прошивок, и у меня осталось всего несколько случайных воспоминаний об использовании указателей. Однако я рад, что понимаю их, потому что, когда ситуация требует указателей, я бы предпочел использовать их, а не какое-то простое неэффективное решение по умолчанию.

Что такое указатель?

Указатель – это переменная. Как и другие переменные, он имеет тип данных и идентификатор. Однако указатели используются таким образом, которой принципиально отличается от того, как мы используем «нормальные» переменные, и при объявлении мы должны добавить звездочку, чтобы сообщить компилятору, что данная переменная должна рассматриваться как указатель.

Идентификатор не обязательно должен содержать символы, которые помечают переменную как указатель (такие как » ptr «). Тем не менее, я очень рекомендую использовать эту практику. Это поможет вам сохранить ваши мысли более организованными, и если у вас все указатели будут помечены таким образом, другим инженерам будет легче понять ваш код.

Что делает указатель?

Он указывает. Более конкретно, он указывает на данные другой переменной или на данные, которые хранятся в памяти, но не связаны с переменной.

Рисунок 1 – На что указывает указатель

Обычно мы думаем о переменной как о чем-то, что хранит данные, а под «данным» мы подразумеваем информацию, которая будет использоваться в вычислениях, или отправляться на другое устройство, или загружаться в регистр конфигурации, или использоваться для управления пикселями LCD дисплея. Указатель – это переменная, но она не используется для хранения такого типа данных. Вернее указатель хранит адрес памяти.

Рисунок 2 – Данные о температуре хранятся в переменной, расположенной по адресу 0x01, а синяя переменная является указателем, который содержит адрес, по которому хранятся данные о температуре

Возможно, именно в этот момент некоторые люди начинают немного путаться, и я думаю, что это происходит потому, что легко упустить из виду физическую реальность памяти процессора. Блок памяти представляет собой набор цифровых ячеек памяти, которые организованы в группы. В случае 8-разрядного процессора каждая группа ячеек памяти соответствует одному байту. Единственный способ отличить одну группу от другой – это адрес, а этот адрес – просто число. Указатель – это переменная, в которой хранится число, но это число интерпретируется как адрес, т.е. как значение, указывающее точное местоположение в памяти.

Подкрепим эту концепцию краткой аналогией. Представьте, что я стою в библиотеке, и кто-то подходит ко мне и говорит: «Кто такой Ричард Львиное Сердце?». Если я отвечаю, говоря: «Король Англии с 1189 по 1199 года», я похож на обычную переменную. Я предоставляю информацию, данные, которые хочет получить человек. И напротив, если я отвечаю, указывая на книгу под названием «Монархи средневековой Англии», я действую как указатель. Вместо того чтобы предоставлять нужные данные, я указываю, где именно эти данные можно найти. Я до сих пор храню полезную информацию, но эта информация – это не сам факт, а место, где человек может получить доступ к этому факту.

Понятие типов данных указателей

Как вы могли заметить в приведенных выше примерах, указатели объявляются с типом данных. Возможно, это усугубляет сложность понимания, что такое указатель. Если указатель – это просто число, соответствующее адресу ячейки памяти, то как могут использоваться разные типы данных? Например, если ваш микроконтроллер имеет 4 КБ RAM, как вы можете иметь указатель с типом данных char ? Максимальное значение unsigned char составляет 255; что произойдет, если этот указатель должен указывать на переменную, расположенную по адресу памяти 3000?

Ключ к пониманию этой проблемы заключается в следующем: тип данных указателя не указывает, сколько байтов используется для хранения его значения. Скорее, число байтов, используемых для хранения значения указателя, соответствует количеству адресов памяти, к которым необходимо получать доступ, независимо от типа данных указателя. Кроме того, размер указателя определяется компилятором и непосредственно не виден программисту.

Рассмотрим следующую диаграмму:

Рисунок 3 – Представления в памяти переменной и указателя на эту переменную

Допустим, мы используем жалкий микроконтроллер с оперативной памятью всего 11 байтов. Диапазон значений, предлагаемых 8-разрядным числом, составляет от 0 до 255, поэтому один байт памяти более чем достаточен для представления всех возможных областей памяти в этом устройстве.

Диаграмма подчеркивает тот факт, что даже переменная, объявленная как long , может быть доступна через однобайтовый указатель. Синяя переменная – это указатель, который содержит адрес 32-битной переменной Seconds_Cnt . Эта переменная использует четыре байта памяти, но адрес переменной (который в этом примере соответствует младшему значащему байту) всегда будет числом, равным или меньшим 0x0A . Указатель должен быть объявлен с типом данных long , потому что он используется вместе с переменными long , но сам указатель потребляет один байт памяти, а не четыре.

Продолжение следует.

Для такой темы, как указатели, одной статьи просто не хватает. Теперь вы знаете, что такое указатель, и основные возможности, которые он предоставляет в контексте программирования на C. В следующей статье мы сможем узнать, как они действуют, то есть, как на самом деле использовать указатели в ваших проектах встроенного программного обеспечения (прошивок).

Читать еще:  Синтаксис языка программирования c

Указатель в языке Си

Указатель — переменная, содержащая адрес объекта. Указатель не несет информации о содержимом объекта, а содержит сведения о том, где размещен объект.

Указатели широко используются в программировании на языке Си.
Указатели часто используются при работе с массивами.

Память компьютера можно представить в виде последовательности пронумерованных однобайтовых ячеек, с которыми можно работать по отдельности или блоками.

Каждая переменная в памяти имеет свой адрес — номер первой ячейки, где она расположена, а также свое значение. Указатель — это тоже переменная, которая размещается в памяти. Она тоже имеет адрес, а ее значение является адресом некоторой другой переменной. Переменная, объявленная как указатель, занимает 4 байта в оперативной памяти (в случае 32-битной версии компилятора).

Указатель, как и любая переменная, должен быть объявлен.
Общая форма объявления указателя

Тип указателя — это тип переменной, адрес которой он содержит.

Для работы с указателями в Си определены две операции:

  • операция * (звездочка) — позволяет получить значение объекта по его адресу — определяет значение переменной, которое содержится по адресу, содержащемуся в указателе;
  • операция & (амперсанд) — позволяет определить адрес переменной.


Для указанного примера обращение к одним и тем же значениям переменной и адреса представлено в таблице

Расположение в памяти переменной a и указателя b:

Необходимо помнить, что компиляторы высокого уровня поддерживают прямой способ адресации: младший байт хранится в ячейке, имеющей младший адрес.

Комментариев к записи: 32

/Рабочий стол/CodeC$ gcc pointers.c -o pointers.exe pointers.c: In function ‘main’: pointers.c:12:62: warning: format ‘%x’ expects argument of type ‘unsigned int’, but argument 2 has type ‘int *’ [-Wformat=] printf(«n Адрес переменной a равен %x шестн.», &a);

%ls pointers.c:14:66: warning: format ‘%x’ expects argument of type ‘unsigned int’, but argument 2 has type ‘int *’ [-Wformat=] printf(«n Значение указателя b равно %x шестн.», b);

^ %ls pointers.c:15:85: warning: format ‘%x’ expects argument of type ‘unsigned int’, but argument 2 has type ‘int **’ [-Wformat=] ntf(«n Адрес расположения указателя b равен %x шестн.», &b);

#include
#include
#include

void helloWorld (GtkWidget *wid, GtkWidget *win)
<
GtkWidget *dialog = NULL ;

dialog = gtk_message_dialog_new (GTK_WINDOW (win), GTK_DIALOG_MODAL,
GTK_MESSAGE_INFO, GTK_BUTTONS_CLOSE, sqlite3_libversion());
gtk_window_set_position (GTK_WINDOW (dialog), GTK_WIN_POS_CENTER);
gtk_dialog_run (GTK_DIALOG (dialog));
gtk_widget_destroy (dialog);
>

int main ( int argc, char *argv[])
<
GtkWidget *button = NULL ;
GtkWidget *win = NULL ;
GtkWidget *vbox = NULL ;

/* Initialize GTK+ */
g_log_set_handler ( «Gtk» , G_LOG_LEVEL_WARNING, (GLogFunc) gtk_false, NULL );
gtk_init (&argc, &argv);
g_log_set_handler ( «Gtk» , G_LOG_LEVEL_WARNING, g_log_default_handler, NULL );

/* Create the main window */
win = gtk_window_new (GTK_WINDOW_TOPLEVEL);
gtk_container_set_border_width (GTK_CONTAINER (win), 8);
gtk_window_set_default_size (GTK_WINDOW (win), 400, 200);
gtk_window_set_title (GTK_WINDOW (win), «Hello World» );
gtk_window_set_position (GTK_WINDOW (win), GTK_WIN_POS_CENTER);
gtk_widget_realize (win);
g_signal_connect (win, «destroy» , gtk_main_quit, NULL );

/* Create a vertical box with buttons */
vbox = gtk_box_new (GTK_ORIENTATION_VERTICAL, 6);
gtk_container_add (GTK_CONTAINER (win), vbox);

button = gtk_button_new_from_stock (GTK_STOCK_DIALOG_INFO);
g_signal_connect (G_OBJECT (button), «clicked» , G_CALLBACK (helloWorld), (gpointer) win);
gtk_box_pack_start (GTK_BOX (vbox), button, TRUE, TRUE, 0);

button = gtk_button_new_from_stock (GTK_STOCK_CLOSE);
g_signal_connect (button, «clicked» , gtk_main_quit, NULL );
gtk_box_pack_start (GTK_BOX (vbox), button, TRUE, TRUE, 0);

/* Enter the main loop */
gtk_widget_show_all (win);
gtk_main ();
return 0;
>

C++ — Указатели

C ++ указатели легко и интересно учиться. Некоторые задачи C ++ легче выполняются с указателями, а другие задачи C ++, такие как распределение динамической памяти, не могут выполняться без них.

Как вы знаете, каждая переменная является местом памяти, и каждая ячейка памяти имеет свой адрес, который можно получить, используя оператор ampersand (&), который обозначает адрес в памяти. Рассмотрим следующее, которое будет печатать адрес определенных переменных —

Когда приведенный выше код компилируется и выполняется, он производит следующий результат:

Что такое указатели?

Указатель является переменной, значение которого является адрес другой переменной. Как и любая переменная или константа, вы должны объявить указатель, прежде чем сможете с ним работать. Общая форма объявления переменной указателя —

Здесь тип — это базовый тип указателя; он должен быть допустимым типом C ++, а var-name — это имя переменной-указателя. Звездочкой, которую вы использовали для объявления указателя, является та же самая звездочка, которую вы используете для умножения. Однако в этом утверждении звездочка используется для обозначения переменной как указателя. Ниже приведена действительная декларация указателя —

Фактический тип данных для всех указателей, будь то целое число, float, character или other, является тем же самым, длинным шестнадцатеричным числом, которое представляет адрес памяти. Единственное различие между указателями разных типов данных — это тип данных переменной или константы, на которые указывает указатель.

Использование указателей в C ++

Существует несколько важных операций, которые мы будем делать с указателями очень часто. (a) Мы определяем переменную указателя. (b)Назначьте адрес переменной указателю. (c) Наконец, получите доступ к значению по адресу, доступному в переменной указателя. Это делается с помощью унарного оператора *, который возвращает значение переменной, расположенную по адресу, указанному его операндом. В следующем примере используются эти операции —

Когда приведенный выше код скомпилирован и исполнен, он производит результат следующим образом:

Указатели в C ++

У указателей есть много, но простых понятий, и они очень важны для программирования на С ++. Существует несколько важных понятий указателей, которые должны быть понятны программисту на C ++ —

Нулевые указатели

C ++ поддерживает нулевой указатель, который является константой со значением нуля, определенным в нескольких стандартных библиотеках.

Арифметика указателей

Существует четыре арифметических оператора, которые могут использоваться для указателей: ++, -, +, —

Указатели против массивов

Существует тесная связь между указателями и массивами.

Читать еще:  Ноутбук asus загрузка в безопасном режиме

Массив указателей

Вы можете определить массивы для хранения нескольких указателей.

Указатель на указатель

C ++ позволяет иметь указатель на указатель и так далее.

Передача указателей на функции

Передача аргумента по ссылке или по адресу позволяет включить переданный аргумент, который будет изменен вызывающей функцией вызываемой функцией.

Возвращаемый указатель из функций

C ++ позволяет функции возвращать указатель на локальную переменную, статическую переменную и динамически распределенную память.

Указатель (программирование)

Указатель (пойнтер, англ. pointer ) — переменная, диапазон значений которой состоит из адресов ячеек памяти и специального значения — нулевого адреса. Значение нулевого адреса не является реальным адресом и используется только для обозначения того, что указатель в данный момент не может использоваться для обращения ни к какой ячейке памяти.

Указатели применяются в двух различных сферах. Во-первых, они позволяют использовать некоторые выгоды косвенной адресации, широко применяемой в программировании на языках ассемблера. Во-вторых, указатели предлагают метод динамического управления памятью: их можно использовать для доступа к области с динамическим размещением памяти, обычно называемой кучей, или динамической памятью. Переменные, размещаемые в куче, называются динамическими. Часто они не содержат связанных с ними идентификаторов, и ссылаться на них можно только с помощью указателей и ссылок.

Операции над указателями

Языки программирования, в которых предусмотрен тип указателей, содержат, как правило, две основные операции над ними: присваивание и разыменование. Первая из этих операций присваивает указателю некоторый адрес. Вторая служит для обращения к значению в памяти, на которое указывает указатель. Разыменование может быть явным и неявным, в большинстве современных языков программирования разыменование происходит только при явном указании.

В случае, если указатель хранит адрес какого-либо объекта, то говорят, что указатель ссылается или указывает на этот объект p.

Языки, предусматривающие использование указателей для управления динамической памятью, должны содержать оператор явного размещения переменных в памяти. В некоторых языках помимо этого оператора предусмотрен ещё и оператор явного удаления переменных из памяти. Обе эти операции часто принимают форму встроенных подпрограмм.

Нулевой указатель

Нулевой указатель − это указатель, хранящий специальное значение, используемое для того, чтобы показать, что данная переменная-указатель не ссылается (не указывает) ни на какой объект. В различных языках программирования представлен различными константами.

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Указатель (программирование)» в других словарях:

Указатель (тип данных) — У этого термина существуют и другие значения, см. Указатель. Диаграмма указателей Указатель (пойнтер, англ. pointer) переменная, диапазон значений которой состоит из адресов ячеек памяти и специального значения нулевого адреса.… … Википедия

Класс (программирование) — У этого термина существуют и другие значения, см. Класс. Класс в программировании набор методов и функций. Другие абстрактные типы данных метаклассы, интерфейсы, структуры, перечисления характеризуются какими то своими, другими… … Википедия

Шаблон (программирование) — Шаблоны (англ. template) средство языка C++, предназначенное для кодирования обобщённых алгоритмов, без привязки к некоторым параметрам (например типам данных, размерам буферов, значениям по умолчанию). В C++ возможно создание шаблонов функций и … Википедия

Итератор (программирование) — Итератор (от англ. iterator) объект, позволяющий программисту перебирать все элементы коллекции без учёта особенностей её реализации. Итератор иногда также называют курсором, особенно если речь идет о базе данных. В Обероне он… … Википедия

Событийно-ориентированное программирование — Парадигмы программирования Агентно ориентированная Компонентно ориентированная Конкатенативная Декларативная (контрастирует с Императивной) Ограничениями Функциональная Потоком данных Таблично ориентированная (электронные таблицы) Реактивная … Википедия

Callback (программирование) — У этого термина существуют и другие значения, см. Callback. Callback (англ. call вызов, англ. back обратный) или функция обратного вызова в программировании передача исполняемого кода в качестве одного из параметров… … Википедия

Интерфейс (объектно-ориентированное программирование) — У этого термина существуют и другие значения, см. Интерфейс (значения). Интерфейс (от лат. inter «между», и face «поверхность») семантическая и синтаксическая конструкция в коде программы, используемая для специфицирования… … Википедия

Наследование (программирование) — Для улучшения этой статьи желательно?: Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное. У этого термин … Википедия

Граничный указатель — В области информатики граничный указатель (англ. bounded pointer) указатель, дополненный добавочной информацией, обозначающей границы хранилища, внутрь которого указатель может ссылаться. Эта дополнительная информация иногда приобретает вид… … Википедия

Динамическая переменная (программирование) — У этого термина существуют и другие значения, см. Динамическая переменная. Динамическая переменная переменная в программе, место в оперативной памяти под которую выделяется во время выполнения программы. По сути, она является даже не… … Википедия

Указатели в C++: зачем нужны, когда использовать и чем отличаются от обращения к объекту напрямую

    Статьи, 3 марта 2017 в 19:07

Даже если большинство программистов понимают, в чем разница между объектами и указателями на них, иногда бывает не совсем понятно, в пользу какого из способов обращения к объекту стоит делать выбор. Ниже мы постарались ответить на этот вопрос.

Вопрос

Я заметил, что нередко программисты, чей код я видел, используют указатели на объекты чаще, чем сами эти объекты, т.е., например, используют следующую конструкцию:

Аналогично с методами. Почему вместо этого:

мы должны писать вот это:

Я так понимаю, что это дает выигрыш в скорости, т.к. мы обращаемся напрямую к памяти. Верно? P.S. Я перешел с Java.

Ответ

Заметим, кстати, что в Java указатели не используются в явном виде, т.е. программист не может в коде обратиться к объекту через указатель на него. Однако на деле в Java все типы, кроме базовых, являются ссылочными: обращение к ним происходит по ссылке, хотя явно передать параметр по ссылке нельзя. И еще, на заметку, new в C++ и в Java или C# — абсолютно разные вещи.

Читать еще:  Обучение языка программирования c

Для того, чтобы дать небольшое представление, что же такое указатели в C++, приведем два аналогичных фрагмента кода:

Ближайший эквивалент на C++:

Однако вот это – совершенно другая вещь (C++):

На самом деле, совсем нет. Работа с указателями оформлена в виде кучи, в то время как работа с объектами – это стек, более простая и быстрая структура. Если вы новичок, то у нас для вас есть материал, в котором мы подробно рассказываем, что такое стек и куча.

LATOKEN, Москва, от 3500 до 5000 $

Строго говоря, этот вопрос объединяет в себе два различных вопроса. Первый: когда стоит использовать динамическое распределение памяти? Второй: когда стоит использовать указатели? Естественно, здесь мы не обойдемся без общих слов о том, что всегда необходимо выбирать наиболее подходящий инструмент для работы. Почти всегда существует реализация лучше, чем с использованием ручного динамического распределения (dynamic allocation) и / или сырых указателей.

Динамическое распределение

В формулировке вопроса представлены два способа создания объекта. И основное различие заключается в сроке их жизни (storage duration) в памяти программы. Используя Object myObject; , вы полагаетесь на автоматическое определение срока жизни, и объект будет уничтожен сразу после выхода из его области видимости. А вот Object *myObject = new Object; сохраняет жизнь объекту до того момента, пока вы вручную не удалите его из памяти командой delete . Используйте последний вариант только тогда, когда это действительно необходимо. А потому всегда делайте выбор в пользу автоматического определения срока хранения объекта, если это возможно.

Обычно принудительное установления срока жизни применяется в следующих ситуациях:

  • Вам необходимо, чтобы объект существовал и после выхода из области его видимости — именно этот объект, именно в этой области памяти, а не его копия. Если для вас это не принципиально (в большинстве случаев это так), положитесь на автоматическое определение срока жизни. Однако вот пример ситуации, когда вам может понадобиться обратить к объекту вне его области видимости, однако это можно сделать, не сохраняя его в явном виде: записав объект в вектор, вы можете “разорвать связь” с самим объектом — на самом деле он (а не его копия) будет доступен при вызове из вектора.
  • Вам необходимо использовать много памяти, которая может переполнить стек. Здорово, если с такой проблемой не приходится сталкиваться (а с ней сталкиваются очень редко), потому что это “вне компетенции” C++, но к сожалению, иногда приходится решать и эту задачу.
  • Вы, например, точно не знаете размер массива, который придется использовать. Как известно, в C++ массивы при определении имеют фиксированный размер. Это может вызвать проблемы, например, при считывании пользовательского ввода. Указатель же определяет только тот участок в памяти, куда будет записано начало массива, грубо говоря, не ограничивая его размер.

Если использование динамического распределения необходимо, то вам стоит инкапсулировать его с помощью умного указателя (что такое умный указатель можете прочитать в нашей статье) или другого типа, поддерживающего идиому “Получение ресурса есть инициализация” (стандартные контейнеры ее поддерживают — это идиома, в соответствии с которой ресурс: блок памяти, файл, сетевое соединение и т.п. — при получении инициализируется в конструкторе, а затем аккуратно уничтожается деструктором). Умными являются, например, указатели std::unique_ptr и std::shared_ptr .

Указатели

Однако есть случаи, когда использование указателей оправдано не только с точки зрения динамического распределения памяти, но почти всегда есть альтернативный путь, без использования указателей, который вам и следует выбрать. Как и ранее, скажем: всегда делайте выбор в пользу альтернативы, если нет особенной необходимости в использовании указателей.

Случаями, когда использование указателей можно рассматривать как возможный вариант, можно назвать следующие:

  • Ссылочная семантика. Иногда может быть необходимо обратиться к объекту (вне зависимости от того, как под него распределена память), поскольку вы хотите обратиться в функции именно в этому объекту, а не его копии — т.е. когда вам требуется реализовать передачу по ссылке. Однако в большинстве случаев, здесь достаточно использовать именно ссылку, а не указатель, потому что именно для этого ссылки и созданы. Заметьте, что это несколько разные вещи с тем, что описано в пункте 1 выше. Но если вы можете обратиться к копии объекта, то и ссылку использовать нет необходимости (но заметьте, копирование объекта — дорогая операция).
  • Полиморфизм. Вызов функций в рамках полиморфизма (динамический класс объекта) возможен с помощью ссылки или указателя. И снова, использование ссылок более предпочтительно.
  • Необязательный объект. В этом случае можно использовать nullptr , чтобы указать, что объект опущен. Если это аргумент функции, то лучше сделайте реализацию с аргументами по умолчанию или перегрузкой. С другой стороны, можно использовать тип, который инкапсулирует такое поведение, например, boost::optional (измененный в C++14 std::optional ).
  • Повышение скорости компиляции. Вам может быть необходимо разделить единицы компиляции (compilation units). Одним из эффективных применений указателей является предварительная декларация (т.к. для использования объекта вам необходимо предварительно его определить). Это позволит вам разнести единицы компиляции, что может положительно сказаться на ускорении времени компиляции, внушительно уменьшив время, затрачиваемое на этот процесс.
  • Взаимодействие с библиотекойC или C-подобной. Здесь вам придется использовать сырые указатели, освобождение памяти из-под которых вы производите в самый последний момент. Получить сырой указатель можно из умного указателя, например, операцией get . Если библиотека использует память, которая впоследствии должна быть освобождена вручную, вы можете оформить деструктор в умном указателе.
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector