Презентация Конструируемые типы данных. Указатели, теоретическое введение и практическое использование онлайн

Содержание слайда: Лекция 7. Конструируемые типы данных. Указатели: теоретическое введение и практическое использование

Содержание слайда: Любой объект программы (переменная, массив, функция и другие) имеют: Любой объект программы (переменная, массив, функция и другие) имеют: а) необходимые атрибуты: имя – адресует область памяти, например, имя Alpha сохраняет объект по адресу FFF0, тип – определяет механизм выделения памяти, например, int получает 4 байта. б) операции над объектом: взять значение (по указанному адресу), изменить значение. Есть еще термин «ячейка памяти», который устарел, но объясняет суть понятия «объект программы».

Содержание слайда: Указатели – программные объекты, значением которых являются адреса других объектов или области памяти. Указатели – программные объекты, значением которых являются адреса других объектов или области памяти. Модель памяти Оперативная память, это поток адресуемых байт. Возможно разделение на машинные слова. Нумерация адресов в 16-ричной системе. Адресное пространство процесса разделено на сегменты. Адрес_объекта = сегмент + смещение (16-ричный адрес внутри сегмента) Значением указателя может быть пустое значение, не равное никакому адресу. Он объявлено null в нескольких заголовочных файлах, например, <stdef.h> , <stdio.h>.

Содержание слайда: При объявлении переменных типа указатель, признаком того, что вводится указатель, является *. Должно быть определено имя типа, на который указатель ссылается. При объявлении переменных типа указатель, признаком того, что вводится указатель, является *. Должно быть определено имя типа, на который указатель ссылается. int * pa; // Указатель на область, содержащую // целое число. float * px; // -/- действительное число. char * pc; // -/- символ. void * pv; // Указатель на область неизвестного // типа (поток байт). Почему должно быть имя типа? Указатель, это адрес первого байта и количество адресуемых байт. Переменная типа указатель получает 4 байта (зависит от модели памяти).

Содержание слайда: int x = 3; // 4 байта для x. int x = 3; // 4 байта для x. int *px; // Объявлен указатель. // Операция &x получит адрес переменной х. px = &x; // Указатель = адрес. int k=3; // Другая переменная. // Операция * получит значение по указанному адресу. int *pk; // Косвенная адресация. pk = &k; // Получен адрес переменной k. x = *pk; // Переменная x получила значение // того объекта, который хранится по // адресу, имеющему значение pk. Как выглядят адреса, нужно посмотреть в отладчике.

Содержание слайда: Статические данные размещаются в стеке данных. Статические данные размещаются в стеке данных.

Содержание слайда: Операции над указателями Операции над указателями разрешены, их можно разделить на группы: специальные, предназначенные исключительно для работы с адресами, обычные, расширяющие возможности программиста.

Содержание слайда: & – получить адрес, унарная операция, которая: & – получить адрес, унарная операция, которая: может быть применена к операнду любого типа, возвращает 16-ричный адрес объекта. Например, int x = 3; // x получает 4 байта. int * px; // px получает 4 байта. // операция & x получит адрес переменной х. px = & x; // Адрес можно присвоить указателю. Замечание. Операция применяется только к именованным объектам, размещенным в памяти.

Содержание слайда: * – взять значение по адресу – унарная операция косвенной адресации (разыменования, раскрытия ссылки, обращения по адресу). * – взять значение по адресу – унарная операция косвенной адресации (разыменования, раскрытия ссылки, обращения по адресу). Операндом может быть только указатель, а возвращаемое значение: имеет тип той переменной, на которую показывает указатель, возвращает значение, размещенное в той области памяти, на которую ссылается указатель.

Содержание слайда: Пример int x; int k = 3; int *pk; // Переменная pk получает адрес переменной k. pk = &k; // Переменная x получает значение переменной, // которая хранится по адресу pk. x = *pk; Замечание. void может адресовать объект любого типа, но к нему нельзя применить операцию *.

Содержание слайда: Разрешается присваивать значения переменных одного типа или null (пустой адрес). Разрешается присваивать значения переменных одного типа или null (пустой адрес). int x=3; int *px; int px = null; // px = 0; int *py=&x; px = py; // px и py адресуют ? Присваивание значений разных типов допустимо, при этом происходит приведение и преобразование типов. Для указателей механизм приведения имеет существенные особенности (пример).

Содержание слайда: Явное преобразование типа имеет синтаксис: Явное преобразование типа имеет синтаксис: (имя_типа) Выражение Например, y = (int) x; Неизбежна потеря данных при преобразовании от большего типа к к меньшему. Для указателей преобразование записывается так же, но с операцией *: int * x; double * y; y = (int *) x; x = (double *) y; // Потеря данных.

Содержание слайда: Унарные ++ и -- еще называют операциями смещения указателя. Унарные ++ и -- еще называют операциями смещения указателя. Эти операции изменяют значение адреса в зависимости от типа данных, с которым связан указатель, а именно: Для char – на 1 байт. Для int – на 4 байта. Для double – на 8 байт. И так далее.

Содержание слайда: Можно прибавить к адресу целое число. Новое значение определит смещение в байтах нового адреса в зависимости от типа указателя: Можно прибавить к адресу целое число. Новое значение определит смещение в байтах нового адреса в зависимости от типа указателя: число*sizeof(тип_указателя) Вычитание адресов можно применить: а) к указателю и числу, б) или к двум указателям. Во втором случае разность (со знаком), это расстояние в единицах, кратных размеру одного объекта указанного типа. int *px, *py; В байтах: (px - py)*sizeof(px)

Содержание слайда: Разрешается сравнивать только указатели одинакового типа или с null. Разрешается сравнивать только указатели одинакового типа или с null. Могут использоваться все операции отношения, но чаще == или !=. Назначение - для проверки результата выполнения операции. Например, многие функции возвращают null в случае неудачного исполнения, в том числе scanf().

Содержание слайда: Приоритеты операций 1. Унарные операции косвенной адресации * и получения адреса & старше, чем все остальные. 2. Аддитивные операции. 3. Отношения. 4. ++ и -- следующим образом: а) в префиксной форме операции ++ и -- выполняются прежде других операций; б) в постфиксной форме операции ++ и -- выполняются после других операций.

Содержание слайда: Простые цели использования указателей. Простые цели использования указателей. 1. Косвенная адресация. 2. Динамические массивы. 3. Указатели и функции.

Содержание слайда: Косвенная адресация Указатели и массивы: синтаксис языка С++ определяет имя массива как адрес его первого элемента (с нулевым значением индекса). Это дает возможность обращаться к элементам массива смещением адреса текущего объекта относительно начала массива. В общем случае, управление при обработке массивов, это адресация элементов. Прямая адресация для элементов массива имеет синтаксис: for (int i=0; i<n; i++) { Arr[i]; // Обращение к i-тому элементу. }

Содержание слайда: Обращение к элементам массива может быть выполнено не только с помощью операции [], но и с использованием операции * (косвенная адресация). Обращение к элементам массива может быть выполнено не только с помощью операции [], но и с использованием операции * (косвенная адресация). Для определения номера элемента внутри массива используется смещение указателя от первого элемента. Пусть int Arr[] = {10,20,30,40}; Здесь Arr – адрес первого элемента массива, Arr[0], значит, Arr = &Arr[0] Arr+1 = Arr[1], где +1 = смещение адреса на sizeof(int) байта. Arr+2 = Arr[2], и так далее.

Содержание слайда: Косвенная адресация элементов массива выполняется через указатель. Косвенная адресация элементов массива выполняется через указатель. int *pti; // Замечание! тип - как у элементов // массива (pti - синоним массива). ... for( pti = Arr; pti < Arr+N; pti ++) // смещение на sizeof(int) байт. { // обращение к * pti } Важно! pti является временной (рабочей) переменной, ее значение изменяется. Значение Arr изменяться не должно.

Содержание слайда: Недостаток синтаксического определения массива – длина должна быть задана константой. Недостаток синтаксического определения массива – длина должна быть задана константой. Инструменты для использования массивов условно переменной длины: Использование константного выражения. Массивы условно переменной длины. Динамические массивы.

Содержание слайда: Использование константного выражения Определяем длину массива как define константу: #define N 100 // Наибольшее значение длины // Везде в управлении указываем имя этой константы for (i=0; i<N; i++) { // Управление завязано на N } При изменении длины, меняем N и перекомпилируем проект. Недостатки: а) передача в функции, б) невозможно изменить длину при работе.

Содержание слайда: Длина массива задана константой, она заведомо большего размера, чем требуется. Для адресации используется часть выделенной памяти. Вводится переменная, обозначающая реальную длину массива, и эта переменная используется для управления. Длина массива задана константой, она заведомо большего размера, чем требуется. Для адресации используется часть выделенной памяти. Вводится переменная, обозначающая реальную длину массива, и эта переменная используется для управления. #define N 100 // По максимуму int Arr [N]; // Описание массива int len; // Реальная длина // len можно ввести, присвоить, вычислить len < N. for (i=0; i<len; i++) { // Управление завязано на len }

Содержание слайда: При статическом распределении памяти для элементов массива есть существенный недостаток – общее количество элементов массива должно быть известно при компиляции, когда происходит распределение памяти для элементов массива. При статическом распределении памяти для элементов массива есть существенный недостаток – общее количество элементов массива должно быть известно при компиляции, когда происходит распределение памяти для элементов массива.

Содержание слайда: Для статических массивов память выделяется на этапе компиляции программы в стеке данных, и ее размер не может быть изменен при работе программы. Для статических массивов память выделяется на этапе компиляции программы в стеке данных, и ее размер не может быть изменен при работе программы. Для динамических массивов память выделяется в процессе работы программы в области динамической памяти (куча – heap), и ее размер может быть изменен при работе программы. Решается через механизм указателей.

Содержание слайда: Механизмы выделения памяти в С++ В С++ для работы с динамической памятью используются операции new и delete. Соответственно выделяют память для объекта и разрушают объект, возвращая память в кучу (heap). Синтаксис: Указатель = new тип имя_объекта [количество]; delete имя_объекта; Для массива: delete []имя;

Содержание слайда: Семантика Операция new пытается открыть объект с именем «имя_объекта» путем выделения sizeof (имя_объекта) байт в куче. Операция delete удаляет объект с указанным именем, возвращая sizeof (имя_объекта) байт в кучу. Объект существует от момента создания до момента разрушения или до конца программы. Замечание. При выделении памяти переменной (массиву) через указатель, переменная (массив) не имеет собственного имени. Обращение к переменной (массиву) выполняется только посредством указателя.

Содержание слайда: Пример Type *nameptr; // Здесь Type - любой тип кроме функции ... if (!(nameptr = new Type)) { printf("Нет места в памяти.\n"); exit(); } // Использование объекта по назначению ... delete nameptr; // Разрушение объекта.

Содержание слайда: Указатели и функции 1. Передача параметров в функцию (из функции) по адресу. Параметр по значению: при обращении к функции и передаче ей параметров создается локальная копия объекта в теле функции. Параметр по адресу: в качестве параметра передается адрес объекта вызывающей программы (признак операции &). В классическом С в теле функции необходимо разименовать переменную (операция *). void change_5 (int * ptr) // ptr -- указатель на переменную int. { *ptr += 5; }

Содержание слайда: Параметр по ссылке В С++ признак передачи параметра по ссылке указан символом & в списке формальных параметров при описании функции. void change_5 (int & ptr) // Передача по ссылке { ptr += 5; }

Содержание слайда: Массивы как параметры функций Особенность массива в том, что он является указателем. При передаче массива в функцию передается адрес, следовательно, функция может изменить элементы массива. Массив не защищен от изменения функцией. Способы записи формальных параметров в заголовке функции Тип_функции имя_функции (тип_массива имя [], int длина) { ... // имя, это Адрес массива. } Или: тип_функции имя_функции (тип_массива * имя, int длина) { ... // имя, это Адрес массива. }

Содержание слайда: Выводы При обращении к функции указывается только имя массива и длина. Достоинства: использование массивов переменной длины, решение задач обработки массивов в общем виде.

Содержание слайда: Функции, возвращающие указатели Функция может вернуть значение: а) переменной базового типа, тогда ее тип равен одному из базовых типов; б) переменной сложного конструируемого типа, тогда ее тип – указатель, и функция должна вернуть адрес объекта указанного типа. Этот механизм используется во многих библиотечных функциях. Как правило, возвращает указатель на вновь созданное значение.

Содержание слайда: Пример. Функция получения массива Динамическая память может быть выделена в любом месте программы, в том числе в main или в теле функции: Например, в main объявлен указатель int *Arr; Функция может создать массив и вернуть его адрес Arr = get_Arr (n); // n = длина массива

Содержание слайда: Реализация функции int * get_Arr (int len) { int * A; A = new int[len]; // Выделена память. printf("Input %d elements",n); for (int i=0,i<n;i++) scanf("%d",A[i]); return A; // Возвращается адрес выделенной динамически памяти. } // В main адрес должен быть присвоен массиву.

Содержание слайда: Обращение к функции В main чтобы получить значение, должен быть объявлен указатель: int *mas; Функция создает массив и возвращает его адрес: mas = get_Arr (n); // n = длина массива. Динамическая память выделена в функции, это известно вызывающей программе.

Содержание слайда: Указатели на функции Указатель на функцию как возвращаемое значение. Функции отнесены к производным типам данных, значит, это не только и не столько алгоритм решения задачи, но и возвращаемое значение.