Связь между массивами и указателями

Между указателями и массивами существует определенная связь. Предположим, имеется массив из 100 целых чисел. Запишем двумя способами программу суммирования элементов этого массива:

long array[100];long sum = 0;for (int i = 0; i < 100; i++) sum += array[i];

То же самое можно сделать с помощью указателей:

long array[100];long sum = 0;for (long* ptr = &array[0]; ptr < &array[99] + 1; ptr++) sum += *ptr;

 

Элементы массива расположены в памяти последовательно, и увеличение указателя на единицу означает смещение к следующему элементу массива. Упоминание имени массива без индексов преобразуется в адрес его первого элемента:

for (long* ptr = array; ptr < <array[99] + 1; ptr++) sum += *ptr;

 

Хотя смешивать указатели и массивы можно, мы бы не стали рекомендовать такой стиль, особенно начинающим программистам.

При использовании многомерных массивов указатели позволяют обращаться к срезам или подмассивам. Если мы объявим трехмерный массив exmpl:

long exmpl[5][6][7]

 

то выражение вида exmpl[1][1][2] – это целое число, exmpl[1][1] – вектор целых чисел (адрес первого элемента вектора, т.е. имеет тип *long), exmpl[1] – двухмерная матрица или указатель на вектор (тип (*long)[7]). Таким образом, задавая не все индексы массива, мы получаем указатели на массивы меньшей размерности.

Бестиповый указатель

Особым случаем указателей является бестиповый указатель. Ключевое слово void используется для того, чтобы показать, что указатель означает просто адрес памяти, независимо от типа величины, находящейся по этому адресу:

void* ptr;

Для указателя на тип void не определена операция ->, не определена операция обращения по адресу *, не определена адресная арифметика. Использование бестиповых указателей ограничено работой с памятью при использовании ряда системных функций, передачей адресов в функции, написанные на языках программирования более низкого уровня, например на ассемблере.

В программе на языке C++ бестиповый указатель может применяться там, где адрес интерпретируется по-разному, в зависимости от каких-либо динамически вычисляемых условий. Например, приведенная ниже функция будет печатать целое число, содержащееся в одном, двух или четырех байтах, расположенных по передаваемому адресу:

voidprintbytes(void* ptr, int nbytes){ if (nbytes == 1) { char* cptr = (char*)ptr; cout << *cptr; } else if (nbytes == 2) { short* sptr = (short*)ptr; cout << *sptr; } else if (nbytes == 4) { long* lptr = (long*)ptr; cout << *lptr; } else { cout << "Неверное значение аргумента"; }}

 

В примере используется операция явного преобразования типа. Имя типа, заключенное в круглые скобки, стоящее перед выражением, преобразует значение этого выражения к указанному типу. Разумеется, эта операция может применяться к любым указателям.

Нулевой указатель

В программах на языке C++ значение указателя, равное нулю, используется в качестве "неопределенного" значения. Например, если какая-то функция вычисляет значение указателя, то чаще всего нулевое значение возвращается в случае ошибки.

long* foo(void);...long* resPtr;if ((resPtr = foo())!= 0) { // использовать результат} else { // ошибка}

 

В языке C++ определена символическая константа NULL для обозначения нулевого значения указателя.

Такое использование нулевого указателя было основано на том, что по адресу 0 данные программы располагаться не могут, он зарезервирован операционной системой для своих нужд. Однако во многом нулевой указатель – просто удобное соглашение, которого все придерживаются.

Строки и литералы

Для того чтобы работать с текстом, в языке C++ не существует особого встроенного типа данных. Текст представляется в виде последовательности знаков (байтов), заканчивающихся нулевым байтом. Иногда такое представление называют Си-строки, поскольку оно появилось в языке Си. Кроме того, в C++ можно создать классы для более удобной работы с текстами (готовые классы для представления строк имеются в стандартной библиотеке шаблонов).

Строки представляются в виде массива байтов:

char string[20];string[0] = 'H';string[1] = 'e';string[2] = 'l';string[3] = 'l';string[4] = 'o';string[5] = 0;

 

В массиве string записана строка "Hello". При этом мы использовали только 6 из 20 элементов массива.

Для записи строковых констант в программе используются литералы. Литерал – это последовательность знаков, заключенная в двойные кавычки:

"Это строка""0123456789""*"

 

Заметим, что символ, заключенный в двойные кавычки, отличается от символа, заключенного в апострофы. Литерал "*" обозначает два байта: первый байт содержит символ звездочки, второй байт содержит ноль. Константа '*' обозначает один байт, содержащий знак звездочки.

С помощью литералов можно инициализировать массивы:

char alldigits[] = "0123456789";

 

Размер массива явно не задан, он определяется исходя из размера инициализирующего его литерала, в данном случае 11 (10 символов плюс нулевой байт).

При работе со строками особенно часто используется связь между массивами и указателями. Значение литерала – это массив неизменяемых байтов нужного размера. Строковый литерал может быть присвоен указателю на char:

const char* message = "Сообщение программы";

 

Значение литерала – это адрес его первого байта, указатель на начало строки. В следующем примере функция CopyString копирует первую строку во вторую:

voidCopyString(char* src, char* dst){ while (*dst++ = *src++); *dst = 0;}voidmain(){ char first[] = "Первая строка"; char second[100]; CopyString(first, second);}

Указатель на байт (тип char*) указывает на начало строки. Предположим, нам нужно подсчитать количество цифр в строке, на которую показывает указатель str:

#include <ctype.h>int count = 0; while (*str!= 0) { // признак конца строки – ноль if (isdigit(*str++)) // проверить байт, на который count++; // указывает str, и сдвинуть // указатель на следующий байт }

 

При выходе из цикла while переменная count содержит количество цифр в строке str, а сам указатель str указывает на конец строки – нулевой байт. Чтобы проверить, является ли текущий символ цифрой, используется функция isdigit. Это одна из многих стандартных функций языка, предназначенных для работы с символами и строками.

С помощью функций стандартной библиотеки языка реализованы многие часто используемые операции над символьными строками. В большинстве своем в качестве строк они воспринимают указатели. Приведем ряд наиболее употребительных. Прежде чем использовать эти указатели в программе, нужно подключить их описания с помощью операторов #include <string.h> и #include <ctype.h>.

char* strcpy(char* target, const char* source);

 

Копировать строку source по адресу target, включая завершающий нулевой байт. Функция предполагает, что памяти, выделенной по адресу target, достаточно для копируемой строки. В качестве результата функция возвращает адрес первой строки.

char* strcat(char* target, const char* source);

 

Присоединить вторую строку с конца первой, включая завершающий нулевой байт. На место завершающего нулевого байта первой строки переписывается первый символ второй строки. В результате по адресу target получается строка, образованная слиянием первой со второй. В качестве результата функция возвращает адрес первой строки.

int strcmp(const char* string1, const char* string2);

 

Сравнить две строки в лексикографическом порядке (по алфавиту). Если первая строка должна стоять по алфавиту раньше, чем вторая, то результат функции меньше нуля, если позже – больше нуля, и ноль, если две строки равны.

size_t strlen(const char* string);

Определить длину строки в байтах, не считая завершающего нулевого байта.

В следующем примере, использующем приведенные функции, в массиве result будет образована строка "1 января 1998 года, 12 часов":

char result[100];char* date = "1 января 1998 года";char* time = "12 часов";strcpy(result, date);strcat(result, ", ");strcat(result, time);

 

Как видно из этого примера, литералы можно непосредственно использовать в выражениях.

Определить массив строк можно с помощью следующего объявления:

char* StrArray[5] = { "one", "two", "three", "four", "five" };