Упражнение
Объясните разницу между четырьмя объектами:
(a) int ival = 1024;
(b) int *pi = &ival;
(c) int *pi2 = new int(1024);
(d) int *pi3 = new int[1024];
Упражнение
Что делает следующий фрагмент кода? В чем состоит логическая ошибка?
int *pi = new int(10);
int *pia = new int[10];
while ( *pi < 10 ) { pia[*pi] = *pi;
*pi = *pi + 1; }
delete pi;
delete[] pia;
Указатель – это объект, содержащий адрес другого объекта и позволяющий косвенно манипулировать этим объектом. Обычно указатели используются для работы с динамически созданными объектами, для построения связанных структур данных, таких, как связанные списки и иерархические деревья, и для передачи в функции больших объектов – массивов и объектов классов – в качестве параметров. Каждый указатель ассоциируется с некоторым типом данных, причем их внутреннее представление не зависит от внутреннего типа: и размер памяти, занимаемый объектом типа указатель, и диапазон значений у них одинаков . Разница состоит в том, как компилятор воспринимает адресуемый объект. Указатели на разные типы могут иметь одно и то же значение, но область памяти, где размещаются соответствующие типы, может быть различной:
указатель на int, содержащий значение адреса 1000, направлен на область памяти 1000-1003 (в 32-битной системе);
указатель на double, содержащий значение адреса 1000, направлен на область памяти 1000-1007 (в 32-битной системе).
Вот несколько примеров:
int *ip1, *ip2;
complex<double> *cp;
string *pstring;
vector<int> *pvec;
double *dp;
Указатель обозначается звездочкой перед именем.
В примере ниже lp – указатель на объект типа long, а lp2 – объект типа long:
long *lp, lp2;
В следующем случае fp интерпретируется как объект типа float, а fp2 – указатель на него:
float fp, *fp2;
Оператор разыменования (*) может отделяться пробелами от имени и даже непосредственно примыкать к ключевому слову типа. Поэтому приведенные определения синтаксически правильны и совершенно эквивалентны:
string *ps;
string* ps;
Однако рекомендуется использовать первый вариант написания: второй способен ввести в заблуждение, если добавить к нему определение еще одной переменной через запятую:
//внимание: ps2 не указатель на строку!
string* ps, ps2;
Можно предположить, что и ps, и ps2 являются указателями, хотя указатель – только первый из них.
Если значение указателя равно 0, значит, он не содержит никакого адреса объекта. Пусть задана переменная типа int:
int ival = 1024;
Ниже приводятся примеры определения и использования указателей на int pi и pi2:
//pi инициализирован нулевым адресом
int *pi = 0;
// pi2 инициализирован адресом ival int *pi2 = &ival;
// правильно: pi и pi2 содержат адрес ival pi = pi2;
// pi2 содержит нулевой адрес pi2 = 0;
Указателю не может быть присвоена величина, не являющаяся адресом:
// ошибка: pi не может принимать значение int
pi = ival
Точно так же нельзя присвоить указателю одного типа значение, являющееся адресом объекта другого типа. Если определены следующие переменные:
double dval;
double *ps = &dval;
то оба выражения присваивания, приведенные ниже, вызовут ошибку компиляции:
// ошибки компиляции
// недопустимое присваивание типов данных: int* <== double*
pi = pd
pi = &dval;
Дело не в том, что переменная pi не может содержать адреса объекта dval – адреса объектов разных типов имеют одну и ту же длину. Такие операции смешения адресов запрещены сознательно, потому что интерпретация объектов компилятором зависит от типа указателя на них. Конечно, бывают случаи, когда нас интересует само значение адреса, а не объект, на который он указывает (допустим, мы хотим сравнить этот адрес с каким-то другим). Для разрешения таких ситуаций введен специальный указатель void, который может указывать на любой тип данных, и следующие выражения будут правильны:
// правильно: void* может содержать
// адреса любого типа
void *pv = pi;
pv = pd;
Тип объекта, на который указывает void*, неизвестен, и мы не можем манипулировать этим объектом. Все, что мы можем сделать с таким указателем, – присвоить его значение другому указателю или сравнить с какой-либо адресной величиной.
Для того чтобы обратиться к объекту, имея его адрес, нужно применить операцию разыменования, или косвенную адресацию, обозначаемую звездочкой (*). Имея следующие определения переменных:
int ival = 1024;, ival2 = 2048;
int *pi = &ival;
мы можем читать и сохранять значение ival, применяя операцию разыменования к указателю pi:
// косвенное присваивание переменной ival значения ival2
*pi = ival2;
// косвенное использование переменной ival как rvalue и lvalue *pi = abs(*pi); // ival = abs(ival); *pi = *pi + 1; // ival = ival + 1;
Когда мы применяем операцию взятия адреса (&) к объекту типа int, то получаем результат типа int* int *pi = &ival; Если ту же операцию применить к объекту типа int* (указатель на int), мы получим указатель на указатель на int, т.е. int**. int** – это адрес объекта, который содержит адрес объекта типа int. Разыменовывая ppi, мы получаем объект типа int*, содержащий адрес ival. Чтобы получить сам объект ival, операцию разыменования к ppi необходимо применить дважды.
int **ppi = π
int *pi2 = *ppi;
cout << "Значение ival\n"
<< "явное значение: " << ival << "\n" << "косвенная адресация: " << *pi << "\n" << "дважды косвенная адресация: " << **ppi << "\n" << endl;
Указатели могут быть использованы в арифметических выражениях. Обратите внимание на следующий пример, где два выражения производят совершенно различные действия:
int i, j, k;
int *pi = &i;
// i = i + 2 *pi = *pi + 2;
// увеличение адреса, содержащегося в pi, на 2 pi = pi + 2;
К указателю можно прибавлять целое значение, можно также вычитать из него. Прибавление к указателю 1 увеличивает содержащееся в нем значение на размер области памяти, отводимой объекту соответствующего типа. Если тип char занимает 1 байт, int – 4 и double – 8, то прибавление 2 к указателям на char, int и double увеличит их значение соответственно на 2, 8 и 16. Как это можно интерпретировать? Если объекты одного типа расположены в памяти друг за другом, то увеличение указателя на 1 приведет к тому, что он будет указывать на следующий объект. Поэтому арифметические действия с указателями чаще всего применяются при обработке массивов; в любых других случаях они вряд ли оправданы. Вот как выглядит типичный пример использования адресной арифметики при переборе элементов массива с помощью итератора:
int ia[10];
int *iter = &ia[0];
int *iter_end = &ia[10];
while (iter != iter_end) { do_something_with_value (*iter); ++iter; }