Указатель (программирование)
Указатель (пойнтер, англ. pointer ) — переменная, диапазон значений которой состоит из адресов ячеек памяти и специального значения — нулевого адреса. Значение нулевого адреса не является реальным адресом и используется только для обозначения того, что указатель в данный момент не может использоваться для обращения ни к какой ячейке памяти.
Указатели применяются в двух различных сферах. Во-первых, они позволяют использовать некоторые выгоды косвенной адресации, широко применяемой в программировании на языках ассемблера. Во-вторых, указатели предлагают метод динамического управления памятью: их можно использовать для доступа к области с динамическим размещением памяти, обычно называемой кучей, или динамической памятью. Переменные, размещаемые в куче, называются динамическими. Часто они не содержат связанных с ними идентификаторов, и ссылаться на них можно только с помощью указателей и ссылок.
Операции над указателями
Языки программирования, в которых предусмотрен тип указателей, содержат, как правило, две основные операции над ними: присваивание и разыменование. Первая из этих операций присваивает указателю некоторый адрес. Вторая служит для обращения к значению в памяти, на которое указывает указатель. Разыменование может быть явным и неявным, в большинстве современных языков программирования разыменование происходит только при явном указании.
В случае, если указатель хранит адрес какого-либо объекта, то говорят, что указатель ссылается или указывает на этот объект p.
Языки, предусматривающие использование указателей для управления динамической памятью, должны содержать оператор явного размещения переменных в памяти. В некоторых языках помимо этого оператора предусмотрен ещё и оператор явного удаления переменных из памяти. Обе эти операции часто принимают форму встроенных подпрограмм.
Нулевой указатель
Нулевой указатель − это указатель, хранящий специальное значение, используемое для того, чтобы показать, что данная переменная-указатель не ссылается (не указывает) ни на какой объект. В различных языках программирования представлен различными константами.
См. также
Полезное
Смотреть что такое «Указатель (программирование)» в других словарях:
Указатель (тип данных) — У этого термина существуют и другие значения, см. Указатель. Диаграмма указателей Указатель (пойнтер, англ. pointer) переменная, диапазон значений которой состоит из адресов ячеек памяти и специального значения нулевого адреса.… … Википедия
Класс (программирование) — У этого термина существуют и другие значения, см. Класс. Класс в программировании набор методов и функций. Другие абстрактные типы данных метаклассы, интерфейсы, структуры, перечисления характеризуются какими то своими, другими… … Википедия
Шаблон (программирование) — Шаблоны (англ. template) средство языка C++, предназначенное для кодирования обобщённых алгоритмов, без привязки к некоторым параметрам (например типам данных, размерам буферов, значениям по умолчанию). В C++ возможно создание шаблонов функций и … Википедия
Итератор (программирование) — Итератор (от англ. iterator) объект, позволяющий программисту перебирать все элементы коллекции без учёта особенностей её реализации. Итератор иногда также называют курсором, особенно если речь идет о базе данных. В Обероне он… … Википедия
Событийно-ориентированное программирование — Парадигмы программирования Агентно ориентированная Компонентно ориентированная Конкатенативная Декларативная (контрастирует с Императивной) Ограничениями Функциональная Потоком данных Таблично ориентированная (электронные таблицы) Реактивная … Википедия
Callback (программирование) — У этого термина существуют и другие значения, см. Callback. Callback (англ. call вызов, англ. back обратный) или функция обратного вызова в программировании передача исполняемого кода в качестве одного из параметров… … Википедия
Интерфейс (объектно-ориентированное программирование) — У этого термина существуют и другие значения, см. Интерфейс (значения). Интерфейс (от лат. inter «между», и face «поверхность») семантическая и синтаксическая конструкция в коде программы, используемая для специфицирования… … Википедия
Наследование (программирование) — Для улучшения этой статьи желательно?: Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное. У этого термин … Википедия
Граничный указатель — В области информатики граничный указатель (англ. bounded pointer) указатель, дополненный добавочной информацией, обозначающей границы хранилища, внутрь которого указатель может ссылаться. Эта дополнительная информация иногда приобретает вид… … Википедия
Динамическая переменная (программирование) — У этого термина существуют и другие значения, см. Динамическая переменная. Динамическая переменная переменная в программе, место в оперативной памяти под которую выделяется во время выполнения программы. По сути, она является даже не… … Википедия
Кратко об указателях в Си: присваивание, разыменование и перемещение по массивам
Приветствую вас, дорогие читатели. В данной статье кратко описаны основные сведения об указателях в языке Си. Кроме основных операций с указателями (объявление, взятие адреса, разыменование) рассмотрены вопросы безопасности типов при работе с ними. К сожалению, в данной статье вы не найдёте информацию по операциям сравнений указателей. Однако, статья будет полезна новичкам, а также тем, кто работает с массивами. Все примеры в данной статье компилировались компилятором gcc (восьмой версии).
Введение
Количество звёздочек лишь указывает на длину цепочек хранимых адресов. Поскольку указатель также является переменной и имеет адрес, то его адрес также можно хранить в другом указателе. В выше приведённом примере адрес переменной a сохраняется в переменной-указателе ptr. Адрес же самой переменной ptr сохраняется в другом указателе pptr. Чтобы получить адрес переменной, перед её именем надо поставить знак амперсанда (&). Наконец, чтобы выполнить обратную операцию, т.е. получить значение (содержимое) по адресу, хранимому в указателе, имя указателя предваряется звёздочкой, почти как при объявлении. Почти, потому что одной звёздочки достаточно чтобы «распаковать» указатель. Поскольку pptr указывает по адресу на значение, хранимое в ptr, то необходимо два раза применить операцию разыменования.
Указатели в предыдущем примере хранят адрес переменной определённого типа. В случае, когда применяются указатели типа void (любого типа), то прежде чем распаковать значение по адресу, необходимо выполнить приведение к типизированному указателю. Следующий пример является версией предыдущего, но с использованием указателя любого типа.
Изменения значения переменной через указатель.
Так как указатель хранит адрес переменной, мы можем через адрес не только получить значение самой переменной, но также его изменить. Например:
Как было сказано выше, указатели хранят адреса. Естественно, что адреса могут указывать не только на ячейки данных переменных в вашей программе, но и на другие вещи: адрес стека процедур, адрес начала сегмента кода, адрес какой-то процедуры ядра ОС, адрес в куче и т. д. Логично, что не все адреса можно использовать напрямую в программе, поскольку некоторые из них указывают на те участки памяти, которые нельзя изменять (доступ для чтения), или которые нельзя затирать. В случае, при обращении к участку, доступному только для чтения, при попытке изменить значение получим ошибку Segmentation Fault (SF).
Кроме того, в языке Си определён макрос с именем NULL, для обозначения указателя с нулевым адресом. Данный адрес обычно используется операционной системой для сигнала об ошибке при работе с памятью. При попытке что либо читать по этому адресу, программа может получить неопределённое поведение. Поэтому ни в коем случае не пытайтесь извлечь значение по пустому указателю.
И ещё, указатели могут указывать на один и тот же объект. Например:
Этот простой пример показывает, что через адреса можно менять содержимое простых переменных, а также остальных указателей, ссылающихся на тоже самое. Таким образом, указатель p2 как бы является псевдонимом (alias) для p1.
Передача параметров через указатели.
Параметры функций могут быть указателями. В случае вызова таких функций, они копируют значения аргументов в свои параметры как обычно. Единственное отличие здесь в том, что они копируют адреса, содержащиеся в указателях параметрах. И с помощью полученных адресов, можно изменять объекты, на которые указывают параметры. Ниже приведена стандартная процедура обмена значений между двумя целочисленными переменными.
Здесь переменные а и b меняются своими значениями друг с другом (при условии, что параметры содержат не нулевой адрес). Отметим ещё раз, что мы можем изменить содержимое, указываемое по параметру-указателю методов. И, конечно, мы можем стереть данный адрес, присвоив параметру новое значение.
Проверка типов и массивы
Постоянные (const) и указатели.
Напомним, чтобы сделать переменную с постоянным, фиксированным значением, надо добавить ключевое слово const перед её именем (до имени типа или после). Например:
Для объявления указателя на постоянное значение, ключевое слово const должно быть ПЕРЕД звёздочкой.
В примере выше была создана переменная-указатель, ссылающееся на постоянное значение. Слово const перед звёздочкой указывает, что нельзя менять содержимое напрямую (путём разыменования, обращения к ячейке). Но сама переменная указатель постоянной не является. А значит, ей можно присвоить новый адрес. Например, адрес следующей ячейки в массиве.
Указатели в C++: зачем нужны, когда использовать и чем отличаются от обращения к объекту напрямую
Авторизуйтесь
Указатели в C++: зачем нужны, когда использовать и чем отличаются от обращения к объекту напрямую
Даже если большинство программистов понимают, в чем разница между объектами и указателями на них, иногда бывает не совсем понятно, в пользу какого из способов обращения к объекту стоит делать выбор. Ниже мы постарались ответить на этот вопрос.
Вопрос
Я заметил, что нередко программисты, чей код я видел, используют указатели на объекты чаще, чем сами эти объекты, т.е., например, используют следующую конструкцию:
Аналогично с методами. Почему вместо этого:
мы должны писать вот это:
Я так понимаю, что это дает выигрыш в скорости, т.к. мы обращаемся напрямую к памяти. Верно? P.S. Я перешел с Java.
Ответ
Заметим, кстати, что в Java указатели не используются в явном виде, т.е. программист не может в коде обратиться к объекту через указатель на него. Однако на деле в Java все типы, кроме базовых, являются ссылочными: обращение к ним происходит по ссылке, хотя явно передать параметр по ссылке нельзя. И еще, на заметку, new в C++ и в Java или C# — абсолютно разные вещи.
Для того, чтобы дать небольшое представление, что же такое указатели в C++, приведем два аналогичных фрагмента кода:
Ближайший эквивалент на C++:
Однако вот это – совершенно другая вещь (C++):
На самом деле, совсем нет. Работа с указателями оформлена в виде кучи, в то время как работа с объектами – это стек, более простая и быстрая структура. Если вы новичок, то у нас для вас есть материал, в котором мы подробно рассказываем, что такое стек и куча.
Строго говоря, этот вопрос объединяет в себе два различных вопроса. Первый: когда стоит использовать динамическое распределение памяти? Второй: когда стоит использовать указатели? Естественно, здесь мы не обойдемся без общих слов о том, что всегда необходимо выбирать наиболее подходящий инструмент для работы. Почти всегда существует реализация лучше, чем с использованием ручного динамического распределения (dynamic allocation) и / или сырых указателей.
Динамическое распределение
Обычно принудительное установления срока жизни применяется в следующих ситуациях:
Указатели
Однако есть случаи, когда использование указателей оправдано не только с точки зрения динамического распределения памяти, но почти всегда есть альтернативный путь, без использования указателей, который вам и следует выбрать. Как и ранее, скажем: всегда делайте выбор в пользу альтернативы, если нет особенной необходимости в использовании указателей.
Случаями, когда использование указателей можно рассматривать как возможный вариант, можно назвать следующие:
Указатели
Что такое указатели
Указатели представляют собой объекты, значением которых служат адреса других объектов (переменных, констант, указателей) или функций. Как и ссылки, указатели применяются для косвенного доступа к объекту. Однако в отличие от ссылок указатели обладают большими возможностями.
Для определения указателя надо указать тип объекта, на который указывает указатель, и символ звездочки *. Например, определим указатель на объект типа int:
Пока указатель не ссылается ни на какой объект. При этом в отличие от ссылки указатель необязательно инициализировать каким-либо значением. Теперь присвоим указателю адрес переменной:
Если мы попробуем вывести адрес переменной на консоль, то увидим, что он представляет шестнадцатиричное значение:
Консольный вывод программы:
И указатель p будет ссылаться на адрес, по которому располагается переменная x, то есть на адрес 0x60FE98.
Но так как указатель хранит адрес, то мы можем по этому адресу получить хранящееся там значение, то есть значение переменной x. Для этого применяется операция * или операция разыменования, то есть та операция, которая применяется при определении указателя. Результатом этой операции всегда является объект, на который указывает указатель. Применим данную операцию и получим значение переменной x:
Значение, которое получено в результате операции разыменования, можно присвоить другой переменной:
И также используя указатель, мы можем менять значение по адресу, который хранится в указателе:
Так как по адресу, на который указывает указатель, располагается переменная x, то соответственно ее значение изменится.
Создадим еще несколько указателей:
В моем случае я получу следующий консольный вывод:
По адресам можно увидеть, что переменные часто расположены в памяти рядом, но не обязательно в том порядке, в котором они определены в коде программы:
Урок №80. Указатели
На уроке №10 мы узнали, что переменная — это название кусочка памяти, который содержит значение.
Оператор адреса &
При выполнении инициализации переменной, ей автоматически присваивается свободный адрес памяти, и, любое значение, которое мы присваиваем переменной, сохраняется по этому адресу в памяти. Например:
При выполнении этого стейтмента процессором, выделяется часть оперативной памяти. В качестве примера предположим, что переменной b присваивается ячейка памяти под номером 150. Всякий раз, когда программа встречает переменную b в выражении или в стейтменте, она понимает, что для того, чтобы получить значение — ей нужно заглянуть в ячейку памяти под номером 150.
Хорошая новость — нам не нужно беспокоиться о том, какие конкретно адреса памяти выделены для определенных переменных. Мы просто ссылаемся на переменную через присвоенный ей идентификатор, а компилятор конвертирует это имя в соответствующий адрес памяти. Однако этот подход имеет некоторые ограничения, которые мы обсудим на этом и следующих уроках.
Оператор адреса & позволяет узнать, какой адрес памяти присвоен определенной переменной. Всё довольно просто:
Результат на моем компьютере:
Примечание: Хотя оператор адреса выглядит так же, как оператор побитового И, отличить их можно по тому, что оператор адреса является унарным оператором, а оператор побитового И — бинарным оператором.
Оператор разыменования *
Оператор разыменования * позволяет получить значение по указанному адресу:
Результат на моем компьютере:
Примечание: Хотя оператор разыменования выглядит так же, как и оператор умножения, отличить их можно по тому, что оператор разыменования — унарный, а оператор умножения — бинарный.
Указатели
Теперь, когда мы уже знаем об операторах адреса и разыменования, мы можем поговорить об указателях.
Указатель — это переменная, значением которой является адрес ячейки памяти. Указатели объявляются точно так же, как и обычные переменные, только со звёздочкой между типом данных и идентификатором:
Синтаксически язык C++ принимает объявление указателя, когда звёздочка находится рядом с типом данных, с идентификатором или даже посередине. Обратите внимание, эта звёздочка не является оператором разыменования. Это всего лишь часть синтаксиса объявления указателя.
Однако, при объявлении нескольких указателей, звёздочка должна находиться возле каждого идентификатора. Это легко забыть, если вы привыкли указывать звёздочку возле типа данных, а не возле имени переменной. Например:
По этой причине, при объявлении указателя, рекомендуется указывать звёздочку возле имени переменной. Как и обычные переменные, указатели не инициализируются при объявлении. Содержимым неинициализированного указателя является обычный мусор.
Присваивание значений указателю
Поскольку указатели содержат только адреса, то при присваивании указателю значения — это значение должно быть адресом. Для получения адреса переменной используется оператор адреса:
Приведенное выше можно проиллюстрировать следующим образом:
Еще очень часто можно увидеть следующее:
Результат на моем компьютере:
Тип указателя должен соответствовать типу переменной, на которую он указывает:
Следующее не является допустимым:
Это связано с тем, что указатели могут содержать только адреса, а целочисленный литерал 7 не имеет адреса памяти. Если вы все же сделаете это, то компилятор сообщит вам, что он не может преобразовать целочисленное значение в целочисленный указатель.
Язык C++ также не позволит вам напрямую присваивать адреса памяти указателю:
Оператор адреса возвращает указатель
Стоит отметить, что оператор адреса & не возвращает адрес своего операнда в качестве литерала. Вместо этого он возвращает указатель, содержащий адрес операнда, тип которого получен из аргумента (например, адрес переменной типа int передается как адрес указателя на значение типа int):
Результат выполнения программы:
Разыменование указателей
Как только у нас есть указатель, указывающий на что-либо, мы можем его разыменовать, чтобы получить значение, на которое он указывает. Разыменованный указатель — это содержимое ячейки памяти, на которую он указывает:
0034FD90
5
0034FD90
5
Вот почему указатели должны иметь тип данных. Без типа указатель не знал бы, как интерпретировать содержимое, на которое он указывает (при разыменовании). Также, поэтому и должны совпадать тип указателя с типом переменной. Если они не совпадают, то указатель при разыменовании может неправильно интерпретировать биты (например, вместо типа double использовать тип int).
Одному указателю можно присваивать разные значения:
Когда адрес значения переменной присвоен указателю, то выполняется следующее:
ptr — это то же самое, что и &value ;
Разыменование некорректных указателей
Указатели в языке C++ по своей природе являются небезопасными, а их неправильное использование — один из лучших способов получить сбой программы.
При разыменовании указателя, программа пытается перейти в ячейку памяти, которая хранится в указателе и извлечь содержимое этой ячейки. По соображениям безопасности современные операционные системы (ОС) запускают программы в песочнице для предотвращения их неправильного взаимодействия с другими программами и для защиты стабильности самой операционной системы. Если программа попытается получить доступ к ячейке памяти, не выделенной для нее операционной системой, то ОС сразу завершит выполнение этой программы.
Следующая программа хорошо иллюстрирует вышесказанное. При запуске вы получите сбой (попробуйте, ничего страшного с вашим компьютером не произойдет):
Размер указателей
Размер указателя зависит от архитектуры, на которой скомпилирован исполняемый файл: 32-битный исполняемый файл использует 32-битные адреса памяти. Следовательно, указатель на 32-битном устройстве занимает 32 бита (4 байта). С 64-битным исполняемым файлом указатель будет занимать 64 бита (8 байт). И это вне зависимости от того, на что указывает указатель:
Как вы можете видеть, размер указателя всегда один и тот же. Это связано с тем, что указатель — это всего лишь адрес памяти, а количество бит, необходимое для доступа к адресу памяти на определенном устройстве, — всегда постоянное.
В чём польза указателей?
Сейчас вы можете подумать, что указатели являются непрактичными и вообще ненужными. Зачем использовать указатель, если мы можем использовать исходную переменную?
Однако, оказывается, указатели полезны в следующих случаях:
Случай №1: Массивы реализованы с помощью указателей. Указатели могут использоваться для итерации по массиву.
Случай №2: Они являются единственным способом динамического выделения памяти в C++. Это, безусловно, самый распространенный вариант использования указателей.
Случай №3: Они могут использоваться для передачи большого количества данных в функцию без копирования этих данных.
Случай №4: Они могут использоваться для передачи одной функции в качестве параметра другой функции.
Случай №5: Они используются для достижения полиморфизма при работе с наследованием.
Случай №6: Они могут использоваться для представления одной структуры/класса в другой структуре/классе, формируя, таким образом, целые цепочки.
Указатели применяются во многих случаях. Не волнуйтесь, если вы многого не понимаете из вышесказанного. Теперь, когда мы разобрались с указателями на базовом уровне, мы можем начать углубляться в отдельные случаи, в которых они полезны, что мы и сделаем на последующих уроках.
Заключение
Указатели — это переменные, которые содержат адреса памяти. Их можно разыменовать с помощью оператора разыменования * для извлечения значений, хранимых по адресу памяти. Разыменование указателя, значением которого является мусор, приведет к сбою в вашей программе.
Совет: При объявлении указателя указывайте звёздочку возле имени переменной.
Задание №1
Какие значения мы получим в результате выполнения следующей программы (предположим, что это 32-битное устройство, и тип short занимает 2 байта):