Указатели в языке программирования Си

12.07.24 в 10:51

138

Указатели являются фундаментальной концепцией языка программирования Си, и они позволяют вам напрямую работать с памятью. Понимание указателей имеет решающее значение для продвинутого программирования и манипулирования данными.

Что такое указатели?

Указатели - это переменные, которые хранят в памяти адрес другой переменной. Вместо того, чтобы содержать фактическое значение, они содержат местоположение (адрес), в котором значение хранится в памяти компьютера.

Это похоже на руководство, которое знает точное расположение некоторой информации в памяти компьютера. Вместо того, чтобы сохранять фактические данные, указатель сохраняет точное местоположение в памяти компьютера, где хранятся данные.

Синтаксис указателей на Си

Структура объявления указателей в C напоминает синтаксис объявления переменных. Однако в объявлениях указателей мы используем оператор разыменования *.

datatype *ptr;

ptr - это выбранное имя для указателя.
datatype определяет тип данных, на которые указывает указатель.

Этот синтаксис используется для установки указателя, направленного на переменную. Важно отметить, что мы также можем определять указатели, предназначенные для функций, структур и других типов данных, используя аналогичный подход.

Давайте разберем ключевые аспекты использования указателей в C:

1. Объявление указателей:

В процессе объявления указателя мы указываем сам указатель, не присваивая ему начального значения. При объявлении используется оператор разыменования * перед именем указателя.

Когда мы хотим использовать указатель, нам нужно сообщить компьютеру, что мы будем его использовать.

Чтобы объявить указатель, используется символ *. Пример:

int *ptr;

При этом объявляется указатель с именем ptr, который может указывать на целое число.

Примечание: существует два способа объявления переменных-указателей в C:

int* ptr;
int *ptr;

2. Инициализация указателей:

Инициализация указателя включает в себя присвоение начального значения переменной-указателю. Обычно мы используем оператор address-of & для получения адреса переменной в памяти и последующего сохранения его в переменной-указателе.

После объявления указателя рекомендуется инициализировать его адресом переменной правильного типа.

int x = 10;
int *ptr = &x; // в ptr теперь содержится адрес x

Доступ к значению по адресу (разыменование):

Чтобы получить доступ к значению, хранящемуся по адресу памяти, на который указывает указатель, мы снова используем оператор *. Пример:

int value = *ptr; // значение теперь содержит значение x

3. Арифметика указателей:

Указатели можно увеличивать и уменьшать, что особенно полезно при работе с массивами.

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *arrPtr = arr; // указывает на первый элемент массива

int element = *arrPtr; // доступ к первому элементу
arrPtr++; // переход к следующему элементу

4. Нулевые указатели:

Указателям также может быть присвоено специальное значение NULL, указывающее на то, что они не указывают на какую-либо допустимую ячейку памяти.

int *ptr = NULL; // ptr - это нулевой указатель

5. Указатели и массивы:

Массивы и указатели имеют тесную взаимосвязь в C. Имя массива может использоваться как указатель на его первый элемент.

int arr[3] = {10, 20, 30};
int *arrPtr = arr; // arr и arrPtr эквивалентны

6. Динамическое распределение памяти:

Указатели часто используются в сочетании с такими функциями, как malloc() и free(), для динамического выделения памяти. Указатели используются, когда нам нужно, чтобы компьютер выделил для нас место в памяти.

int *dynamicArr = (int *)malloc(5 * sizeof(int)); // компьютер резервирует место для массива

Типы указателей

Кроме того, существует несколько типов указателей, каждый из которых предназначен для обработки различных типов данных или ситуаций. Вот несколько распространенных типов указателей:

1. Указатели на целое число:

Указатели, предназначенные для хранения адресов памяти целочисленных переменных.

int *intPtr;

2. Символьные указатели:

Указатели, специально предназначенные для символьных данных.

char *charPtr;

3. Указатели на значения с плавающей запятой:

Указатели, предназначенные для данных с плавающей запятой (десятичных чисел).

float *floatPtr;

4. Пустые указатели:

Универсальные указатели, которые можно использовать для хранения адреса любого типа данных. Они часто используются при динамическом распределении памяти.

void *genericPtr;

5. Указатель на указатель (двойной указатель):

Указатели, которые хранят адрес другого указателя. Они полезны в ситуациях, когда вам нужно изменить исходный указатель.

int **doubleIntPtr;

6. Указатели на массивы:

Указатели, используемые для перемещения по массивам или хранения базового адреса массива.

int arr[5];
int *arrPtr = arr;

7. Указатели на функции:

Указатели, которые хранят адреса функций, позволяя вам вызывать функции косвенно.

int (*functionPtr)(int, int);

8. Нулевые указатели:

Указатели, которые не указывают ни на один допустимый адрес в памяти. Они часто используются для указания того, что указатель в данный момент никуда не указывает.

int *nullPtr = NULL;

9. Дикие (Wild) указатели:

Неинициализированные указатели, которые могут указывать на любую ячейку памяти. Использование этих указателей может привести к непредсказуемому поведению, и их следует избегать.

data_type * const pointer_name;

10. Постоянные указатели

Указатели, указывающие на постоянное значение, которое остается неизменным, называются константными указателями. В этом случае мы можем обращаться только к данным, указанным указателем, но не можем вносить какие-либо изменения. Тем не менее, мы сохраняем возможность обновлять адрес памяти, сохраненный в константном указателе. Синтаксис:

const data_type * pointer_name;

Размер указателей в C

Размер указателей в C остается неизменным для разных типов указателей. На него не влияет тип данных, на которые они указывают; вместо этого он определяется характеристиками операционной системы и архитектуры процессора.

8 байт для 64-разрядной системы
4 байта для 32-разрядной системы

Одинаковый размер обусловлен тем, что указатели хранят адреса памяти независимо от типа данных, на который они ссылаются. Поскольку пространство, необходимое для хранения этих адресов, одинаковое, требования к памяти для указателей различных типов одинаковы.

Определение размера указателей в C

Чтобы определить размер указателей в C, можно использовать оператор sizeof, как показано в следующей программе:

#include <stdio.h>

int main() {
    int *intPtr;
    char *charPtr;
    float *floatPtr;

    printf("Размер указателя на int: %zu байт\n", sizeof(intPtr));
    printf("Размер указателя на char: %zu байт\n", sizeof(charPtr));
    printf("Размер указателя на float: %zu байт\n", sizeof(floatPtr));

    return 0;
}

Результат работы программы будет зависеть от используемой вами системы и компилятора. Однако, основываясь на распространенных сценариях:

Если вы работаете в 32-разрядной системе:

Размер указателя на int: 4 байт
Размер указателя на char: 4 байт
Размер указателя на float: 4 байт

Если вы работаете в 64-разрядной системе:

Размер указателя на int: 8 байт
Размер указателя на char: 8 байт
Размер указателя на float: 8 байт

Важно отметить, что знак * может быть источником путаницы в нашем коде, поскольку он служит двум различным целям:

В объявлениях (например, int* ptr) он обозначает создание переменной-указателя.
Помимо объявлений, он функционирует как оператор разыменования

c pointers указатели