Niezbędny przewodnik po wskaźnikach w programowaniu C

Wskaźniki są istotnym aspektem programowania w C, którego znajomość jest konieczna, aby efektywnie używać tego języka. Pomagają w efektywnym zarządzaniu pamięcią, przekazywaniu danych przez referencje, obsłudze tablic i ciągów znaków i nie tylko. Wymagają jednak ostrożnego użytkowania, aby uniknąć błędów.

Poznaj szczegóły wskaźników C, od zrozumienia pamięci i adresów po opanowanie arytmetyki wskaźników.

Pamięć i adresy

Pamięć — często używana jako skrót od RAM (pamięć o dostępie swobodnym)— to przestrzeń dyskowa w komputerze, w której przechowywane są dane i instrukcje potrzebne do uruchomienia programu. Służy jako obszar roboczy dla Twojego programu. Najmniejszą jednostką pamięci jest zazwyczaj bajt, który jest równy ośmiu bitom.

Każda lokalizacja pamięci ma unikalny adres i może przechowywać inną ilość danych w zależności od komputera. Deklarując zmienną w C, w sposób dorozumiany przypisujesz jej lokalizację w pamięci, w której będą przechowywane jej dane. Pomyśl o tym jak o domu, który ma unikalny adres, dzięki któremu możesz go zlokalizować.

Wyobraź sobie pamięć komputera jako sekwencję komórek pamięci, z których każda zawiera bajt danych. Powiedzmy, że istnieją dwie zmienne, X I y, w programie C:

int x = 5;
int y = 10;

W pamięci mogłoby to wyglądać tak:

Tutaj oddzielne lokalizacje pamięci przechowują te zmienne. Dane, które X reprezentuje znajduje się pod adresem pamięci 1000, podczas gdy ydane zajmują adres pamięci 1004.

Zrozumienie pamięci i adresów ma kluczowe znaczenie podczas pracy ze wskaźnikami, ponieważ są to zmienne przechowujące adresy pamięci. Umożliwiają dostęp do danych przechowywanych w określonej lokalizacji pamięci i manipulowanie nimi.

Deklarowanie i inicjowanie wskaźników w C

Zanim będziesz mógł modyfikować dane za pomocą wskaźników w C, musisz je zadeklarować i zainicjować.

Deklaracja

Aby zadeklarować wskaźnik, należy określić typ danych, na który wskazuje, po którym następuje gwiazdka (*), a następnie nazwa wskaźnika. Na przykład:

int *ptr;

Tutaj, int *ptr deklaruje wskaźnik o nazwie pt który może przechowywać adres pamięci liczby całkowitej.

Inicjalizacja

Po deklaracji należy ją zainicjować adresem pamięci, na który będzie wskazywała. Możesz to zainicjować w ten sposób:

int x = 5;
int *ptr = &x;

W tej deklaracji & operator pobiera adres zmiennej x. Kod zasadniczo mówi: „ptr jest zmienną, przechowuje lokalizację w pamięci wartości całkowitej, a ta lokalizacja to miejsce, do którego aktualnie odnosi się x”.

Teraz, pt przechowuje adres zmiennej całkowitej X. Na przykład:

Wskaźniki w C nie tylko przechowują adres zmiennej, ale także mają swój własny, unikalny adres w pamięci komputera.

Dereferencje wskaźników

Dereferencja wskaźnika C oznacza dostęp do wartości przechowywanej pod adresem pamięci wskazanym przez wskaźnik.

Załóżmy, że masz wskaźnik, int *ptr, który wskazuje na zmienną całkowitą, a ta zmienna ma wartość 10. Aby uzyskać dostęp do wartości poprzez wskaźnik, użyj gwiazdki (*) operator:

int x = 10;
int *ptr = &x; // ptr points to the address of x
int value = *ptr; // Dereferencing ptr to get the value

W tym przykładzie zastosowano pt zmienną, aby pobrać wartość pod adresem pamięci, na który wskazuje. Więc, wartość teraz posiada wartość 10, która jest zawartością X.

Arytmetyka wskaźników

Arytmetyka wskaźników to potężna funkcja języka C, szczególnie przydatna do pracy z tablicami i ciągami znaków (które są tablicami znaków). Umożliwia wykonywanie operacji arytmetycznych na wskaźnikach w celu poruszania się w pamięci.

Oto przykład pokazujący, jak możesz z niego skorzystać.

Zacznij od zadeklarowania tablicy liczb całkowitych:

int numbers[] = {10, 20, 30};

Zadeklaruj wskaźnik do int i przypisz do niego lokalizację pamięci tablicy liczb:

int *ptr = numbers;

Nie musisz tutaj używać operatora „&”, ponieważ liczby są już domyślnie typem wskaźnika.

Zmienna ptr wskazuje teraz pierwszy element tablicy:

printf("%d\n", *ptr); // 10

Możesz przenieść wskaźnik do trzeciego elementu tablicy, zwiększając go o 2:

ptr += 2;
printf("%d\n", *ptr); // 30

Możesz przesunąć wskaźnik do tyłu, odejmując od niego:

ptr--;
printf("%d\n", *ptr); ;// 20

Arytmetyka wskaźników jest szczególnie przydatna do nawigacji po tablicach i pracy z dynamiczną alokacją pamięci.

Wskaźniki i funkcje w C

Jeśli ty zrozumieć, jak działają funkcje w programowaniu w języku C, to jesteś na dobrej drodze do używania wskaźników funkcji. Oto kilka sposobów, jak możesz z nich skorzystać.

Wskaźniki funkcji

Możesz deklarować i używać wskaźników funkcji, aby używać funkcji dynamicznie, tak jak każdej innej wartości. Jest to szczególnie przydatne w przypadku wywołań zwrotnych i dynamicznego wykonywania funkcji.

int (*operation)(int, int); // Declare a function pointer
operation = add; // Pointer to an add function
int result = operation(5, 3); // Call the function through the pointer

Ten kod deklaruje wskaźnik funkcji o nazwie operacja która może wskazywać funkcję, która pobiera dwie liczby całkowite i zwraca jedną. Przypisuje (wskaźnik do) obiektu dodać funkcjonować operacja. Następnie używa zmiennej operacji do pośredniego wywołania dodać (5, 3).

Przekazywanie przez odniesienie

Wskaźniki umożliwiają przekazywanie argumentów przez odwołanie do funkcji, umożliwiając modyfikowanie oryginalnych danych w obrębie funkcji. Ma to kluczowe znaczenie w przypadku funkcji, które muszą zmienić wartość zmiennej poza swoim zakresem.

voidmodifyValue(int *x){
 *x = 42; // Modifies the value of x in the calling code
}

The zmodyfikuj wartość funkcja zmienia wartość dowolnego argumentu dostarczonego jej przez kod wywołujący, ustawiając ją na 42.

Dynamiczna alokacja pamięci

Funkcje mogą zwracać wskaźniki do dynamicznie przydzielanej pamięci. Dzieje się tak często, gdy trzeba utworzyć i zwrócić nieograniczone struktury danych, takie jak tablice lub listy połączone. Będziesz musiał dobrze orientuj się w pamięci stosu i sterty go używać.

int *createArray(intsize){
int *arr = (int *)malloc(size * sizeof(int));
return arr;
}

Ten kod definiuje funkcję, utwórz tablicę, która przyjmuje liczbę całkowitą, rozmiar, jako wejście. Wewnątrz funkcji dynamicznie przydziela pamięć dla tablicy liczb całkowitych o określonym rozmiarze za pomocą malloc. Po zainicjowaniu tablicy zwraca wskaźnik do nowo utworzonej tablicy.

Typowe zastosowania

Wskaźniki są niezbędne w C z kilku powodów i właśnie o to chodzi odróżnić C od innych języków programowania, takich jak Python. Oto kilka typowych zastosowań:

• Dynamiczna alokacja pamięci
• Manipulacja tablicą
• Przekazywanie przez odniesienie
• Struktury danych
• Zarządzanie zasobami

Zrozumienie tych typowych zastosowań wskaźników może poprawić Twoje umiejętności programowania w języku C. Przećwicz niektóre z nich, aby lepiej rozumieć wskaźniki.

Przećwicz używanie wskaźników w programowaniu w języku C

Opanowanie wskaźników w programowaniu w C to cenna umiejętność, która pozwala efektywnie zarządzać pamięcią, manipulować danymi i wykonywać zaawansowane operacje. Praktyka i biegłość w posługiwaniu się wskaźnikami znacznie poprawią Twoją zdolność do tworzenia solidnych i zasobooszczędnych programów w języku C.