Что дальше
Вторую неделю начнем с изучения указателей. Указатели традиционно являются сложной темой для освоения начинающими программистами на C++. Но в этой книге вы найдете подробные и наглядные разъяснения того, что такое указатель и как он работает, поэтому, мы надеемся, что через день вы уже свободно будете владеть этим средством программирования. На занятии 9 вы познакомитесь со ссылками, которые являются близкими родственниками указателей. На занятии 10 вы узнаете как замешать функции, а занятие 11 будет посвящено наследованию и разъяснению фундаментальных принципов объект-ориентированного программирования. На занятии 12 вы узнаете как создавать структуры данных от простых массивов до связанных списков. Занятие 13 расширит ваши представления об объект-ориентированном программировании и познакомит с полиморфизмом, а занятие 14 завершит вторую неделю обучения рассмотрением статических функций и функций друзей класса.
День 8-й. Указатели
Возможность непосредственного доступа к памяти с помощью указателей — одно их наиболее мощных средств программирования на C++. Сегодня вы узнаете:
• Что такое указатели
• Как объявляются и используются указатели
• Как работать с памятью
При работе с указателями программисты подчас сталкиваются с довольно специфическими проблемами, поскольку в некоторых ситуациях механизм работы указателей может оказаться весьма запутанным. Кроме того, в ряде случаев нельзя однозначно ответить на вопрос о необходимости применения указателей. На этом занятии последовательно, шаг за шагом, вы освоите основные принципы работы с указателями. Однако осознать всю мощь этих средств вы сможете, только прочитав книгу до конца.
Что такое указатель
Указатель — это переменная, в которой записан адрес ячейки памяти компьютера.
Чтобы понять, как работают указатели, необходимо хотя бы в общих чертах, ознакомиться с базовыми принципами организации машинной памяти. Машинная память состоит из последовательности пронумерованных ячеек. Значение каждой переменной хранится в отдельной ячейке памяти, которая называется ее адресом. На рис. 8.1 изображена структура размещения в памяти четырехбайтового целого значения переменной theAge.
Для разных компьютеров характерны различные правила адресации памяти, имеющие свои особенности. Однако в большинстве случаев программисту не обязательно знать точный адрес какой-либо переменной — эту задачу выполняет компьютер. При необходимости такую информацию можно получить с помощью оператора адреса (&). Пример использования этого оператора приведен в листинге 8.1.
Рис. 8.1. Сохранение в памяти переменной theAge
Листинг 8.1. Оператор адреса
1: // Листинг 8.1. Пример использования
2: // оператора адреса
3:
4: #include <iostream.h>
5:
6: int main()
7: {
8: unsigned short shortVar=5;
9: unsigned long longVar=65535;
10: long sVar = -65535;
11:
12: cout << "shortVar:t" << shortVar;
13: cout << " Address of shortVar:t";
14: cout << &shortVar << "n";
15:
16: cout << "longVar:t" << longVar;
17: cout << " Address of longVar:t"
18: cout << &longVar << "n";
19:
20: cout << "s.Var:t" << sVar;
21: cout << " Address of sVar:t"
22: cout << &sVar << "n";
23:
24: return 0;
25:}
Результат:
shortVar: 5 Address of shortVar: 0x8fc9:fff4
longVar: 65535 Address of longVar: 0x8fc9:fff2
sVar: -65535 Address of sVar: 0x8fc9:ffee
(Ваши результаты могут отличаться от приведенных в листинге.)
Анализ: В начале программы объявляются и инициализируются три переменные: в строке 8 — переменная типа unsigned short, в строке 9 — типа unsigned long, а в строке 10 — типа long. Затем в строках 12-16 выводятся значения и адреса этих переменных, полученные с помощью оператора адреса (&).
При запуске программы на компьютере с процессором 80386 значение переменной shortVar равно 5, а ее адрес — 0x8fc9:fff4. Адрес размещения переменной выбирается компьютером и может изменяться при каждом последующем запуске программы. Поэтому ваши результаты могут отличаться от приведенных. Причем разница между двумя первыми адресами будет оставаться постоянной. При двухбайтовом представлении типа short эта разница составит 2 байта, а разница между третьим и четвертым адресами — 4 байта при четырехбайтовом представлении типа long. Порядок размещения этих переменных в памяти показан на рис. 8.2.
В большинстве случаев вам не придется непосредственно манипулировать адресами переменных. Важно лишь знать, какой объем памяти занимает переменная и как получить ее адрес в случае необходимости. Программист лишь указывает компилятору объем памяти, доступный для размещения статических переменных, после чего размещение переменной по определенному адресу будет выполняться автоматически. Обычно тип long имеет четырехбайтовое представление. Это означает, что для хранения переменной этого типа потребуется четыре байта машинной памяти.
Использование указателя как средства хранения адреса
Каждая переменная программы имеет свой адрес, для хранения которого можно использовать указатель на эту переменную. Причем само значение адреса знать не обязательно.
Допустим, что переменная howOld имеет тип int. Чтобы объявить указатель pAge для хранения адреса этой переменной, наберите следующий фрагмент кода:
int *pAge = 0;
Этой строкой переменная pAge объявляется указателем на тип int. Это означает, что pAge будет содержать адрес значения типа int.
Отметим, что pAge ничем не отличается от любой другой переменной. При объявлении переменной целочисленного типа (например, int) мы указываем на то, что в ней будет храниться целое число. Когда же переменная объявляется указателем на какой-либо тип, это означает, что она будет хранить адрес переменной данного типа. Таким образом, указатели являются просто отдельным типом переменных.
В данном примере переменная pAge инициализируется нулевым значением. Указатели, значения которых равны 0, называют пустыми. После объявления указателю обязательно должно присваиваться какое-либо значение. Если заранее неизвестно, какой адрес должен храниться в указателе, ему присваивается значение 0. Неинициализированные указатели в дальнейшем могут стать причиной больших неприятностей.
Поскольку при объявлении указателю pAge было присвоено значение 0, далее ему нужно присвоить адрес какой-либо переменной, например howOld. Как это сделать, показано ниже:
unsigned short int howOld = 50; // объявляем переменную
unsigned short int *pAge = 0; // объявляем указатель
pAge = &howOld; // Присвоение указателю pAge адреса переменной
howOld
Рис. 8.2. Схема сохранения переменной в памяти
В первой строке объявлена переменная howOld типа unsigned short int и ей присвоено значение 50. Во второй строке объявлен указатель pAge на тип unsigned short int, которому присвоено значение 0. Символ "звездочка" (*), стоящий после наименования типа, указывает на то, что описанная переменная является указателем.
В последней строке указателю pAge присваивается адрес переменной howOld. На это указывает оператор адреса (&) перед именем переменной howOld. Если бы этого оператора не было, присваивался бы не адрес, а значение переменной, которое также может являться корректным адресом.
В нашем случае значением указателя pAge будет адрес переменной howOld, значение которой равно 50. Две последние строки рассмотренного фрагмента программы можно объединить в одну:
unsigned short int howOld = 50; // объявляем переменную
unsigned short int * pAge = &how01d; // объявляем указатель на переменную howOld
Теперь указатель pAge содержит адрес переменной howOld. С помощью этого указателя можно получить и значение переменной, на которую он указывает. В нашем примере это значение равно 50. Обращение к значению how01d посредством указателя pAge называется операцией разыменования или косвенного обращения, поскольку осуществляется неявное обращение к переменной how01d, адрес которой содержится в указателе. Далее вы узнаете, как с помощью разыменовывания возвращать значения переменных.
Косвенное обращение подразумевает получение значения переменной, адрес которой содержится в указателе, а оператор разыменования позволяет извлечь это значение.
Имена указателей
Поскольку указатели являются обычными переменными, называть их можно любыми корректными для переменных именами. Для выделения указателей среди других переменных многие программисты используют перед их именами символ "p" (от англ. pointer), например pAge или pNumber.
Оператор разыменовывания
Оператор косвенного обращения (или оператор разыменования) позволяет получить значение, хранящееся по адресу, записанному в указателе.
