I puntatori Puntatore Definizione Assegnazione
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I puntatori Puntatore Definizione Assegnazione
2 Puntatore I puntatori Ver. 2.4 E’ una variabile che contiene l’indirizzo di memoria di un oggetto (variabile o costante) Esempio p è un puntatore e “punta” 12 A55 x alla variabile x che in ... A54 questo esempio ha indirizzo ... di memoria A55) A53 int x=12; x:A55 ... A52 12 p A55 A51 ... A50 A55 p © 2010 - Claudio Fornaro - Corso di programmazione in C 3 Definizione Sintassi tipo *nomeVariabile; Esempi int *punt; char x, *p, *q, y; x e y sono variabili di tipo char p e q sono variabili di tipo puntatore-a-char 4 Assegnazione Ad un puntatore si possono assegnare solo indirizzi di memoria o il valore NULL che indica che il puntatore non punta a nulla La costante 0 in un contesto dove è atteso un puntatore (inizializzazione e assegnamento di un puntatore, confronto con un puntatore) viene convertita in NULL dal compilatore L’operatore di indirizzo ‘&’ (“ampersand”) calcola l’indirizzo di memoria di una variabile (si dice che ne restituisce il puntatore) int *p = &x; inizializza p con l’indirizzo di x assegna a p l’indirizzo di y p = &y; 5 Utilizzo 6 Utilizzo Si accede all’oggetto puntato da un puntatore per mezzo dell’operatore ‘*’ detto operatore di deriferimento (“dereference”) o di indirezione (“indirection”) int x=12, *p = &x; p “punta a” x *p = 24; x ora vale 24 *p += 6; x ora vale 30 p è il puntatore *p è l’oggetto puntato (qui è x) Sia p sia *p sono L-value modificabili, ossia sono un “qualcosa” (variabile, elemento di vettore, …) a cui si può assegnare un valore L’operatore ‘*’ ha priorità superiore a quella degli operatori matematici x = 6 * *p; equivale a: x = 6 * (*p); Per visualizzare il valore di un puntatore si può utilizzare la direttiva %p in una printf Si noti che la sintassi per indicare l’oggetto puntato e quella della definizione del puntatore sono identiche: *p 7 Tipi e puntatori L’informazione relativa al tipo è necessaria per permettere ai puntatori di conoscere la dimensione dell’oggetto puntato (usata nell’aritmetica dei puntatori) Poiché oggetti di tipo diverso possono avere dimensione diversa, l’assegnazione tra puntatori di tipo diverso è in genere errata e il compilatore genera un warning int *p, x=12; long *q, y=26; p = &x; OK! q = &y; OK! q = p; NO! Warning q = &x; NO! Warning 8 Puntatori a void Sono puntatori generici e non possono essere dereferenziati (non si può scrivere *p), possono essere utilizzati solo come contenitori temporanei di valori di tipo puntatore (a qualsiasi tipo) void *h; Non serve il cast (void *) per copiare un puntatore non-void in un puntatore void h = p; (supponendo ad esempio int *p) Qualsiasi tipo di puntatore può essere confrontato con un puntatore a void NULL è definito come: (void *)0 9 Puntatori a void 10 Puntatori e vettori Per dereferenziare il valore di un puntatore a void è necessario assegnarlo ad un puntatore al tipo appropriato (non void) per poter conoscere la dimensione dell’oggetto puntato Può essere necessario il cast (tipo *) per copiare un puntatore void in un puntatore non-void (i compilatori C non lo richiedono, i compilatori C++ sì). In riferimento all’esempio precedente: int *q; q = h; OK, compilatore C q = (int *)h; OK, compilatore C++ *q = 23; x ora contiene 23 Il nome (senza parentesi) di un vettore-di-T è un valore costante di tipo puntatore-a-T, corrisponde all’indirizzo di memoria del primo elemento di vettore int vett[100]; int *p; p = vett; l’indirizzo di memoria di vett viene messo in p, equivale a scrivere: p = &vett[0] (le parentesi hanno priorità maggiore di &) 11 Puntatori e vettori Attenzione: vett = p; NO! Non si può assegnare un valore a vett in quanto NON è una variabile puntatore, ma un “sinonimo” di un indirizzo di memoria Gli indirizzi di memoria sono valori costanti stabiliti dal compilatore, non sono variabili e quindi non hanno uno spazio in memoria modificabile per contenere un valore Il termine “puntatore” viene comunemente (e impropriamente) usato al posto di “indirizzo di memoria” (es. “&a dà il puntatore ad a”) 12 Equivalenza puntatori e vettori Una variabile di tipo puntatore-a-T, assegnata in modo che punti a (cioè contenga l’indirizzo di) un oggetto di tipo vettore-di-T , può essere utilizzata come se fosse un vettore-di-T int vett[25]; int *p = vett; vett: p Ad esempio, qui p[3] equivale a vett[3] Il compilatore internamente trasforma le espressioni con notazione vettoriale [] in espressioni con i puntatori 13 Aritmetica dei puntatori Aritmetica dei puntatori Quando un puntatore punta ad un vettore, gli può essere sommato un valore intero N, il risultato è l’indirizzo di memoria dell’elemento di posizione N del vettore vett: 32 15 23 55 32 14 11 L’istruzione p++ porta p a puntare a vett[1] (ne contiene l’indirizzo) quindi ora p punta a vett[1] e p[3] corrisponde a vett[4] vett: 27 32 p Equivalenza puntatori e vettori 55 32 11 27 p+3 E’ lecito sottrarre un valore N ad un puntatore se l’elemento puntato risultante fa ancora parte del vettore (nell’esempio precedente p-1 punta a vett[0]) 15 23 p p+3 p punta a (contiene l'indirizzo di) vett p+3 punta a (produce l'indir. di) vett[3] *(p+3) equivale a vett[3] 15 Il nome di un vettore può essere utilizzato come puntatore costante : *(vett+2) equivale a: vett[2] vett++ è un errore (vett è costante!) Il nome di un vettore di T (es. int) che dovrebbe essere una costante di tipo puntatore-a-vettore-di-T (o meglio indirizzo-di-vettore-di-T ), in C “decade” al tipo puntatore-a-T Grazie al decadimento vett è visto come puntatore (costante) a int e punta al suo primo elemento e vett+1 punta a vett[1] 16 Equivalenza puntatori e vettori Senza il decadimento, vett+1 punterebbe al primo byte dopo la fine di vett Eccezioni: vett in un sizeof (descritto altrove) non decade e per questo dà la dimensione dell’intero vettore, non quella del primo elemento &vett inibisce il decadimento e produce una quantità costante di tipo puntatore-a-vettore-di-int 17 Equivalenza puntatori e vettori Una variabile di tipo puntatore-a-T non “sa” se il valore (scalare) a cui punta è singolo o è l’elemento di un vettore, lo sa solo il programmatore e sta a questi utilizzarlo in modo coerente int x = 10, vett[10], *p, *q; p = &x; p++; NO! Non esiste l’oggetto puntato da p+1 q = p+1; NO! Idem p = vett; p++; SI’! Ora p punta a vett[1] q = p+1; SI’! Ora q punta a vett[2] 18 Aritmetica dei puntatori Attenzione che il puntatore non “sfori” i limiti del vettore (lo standard non richiede che il compilatore faccia controlli, molti compilatori lo offrono opzionalmente, ma ciò riduce le prestazioni) E’ lecito che un puntatore punti a quello che sarebbe l’elemento del vettore successivo all’ultimo, ma questo puntatore può essere utilizzato solo per calcolare la differenza tra puntatori (vedere prossima slide) 19 Aritmetica dei puntatori Due puntatori a elementi dello stesso vettore possono essere sottratti, il valore ottenuto + 1 è il numero di elementi del vettore compresi tra quelli puntati dai due puntatori (inclusi): p = &vett[4]; q = &vett[10]; d = q-p+1; 7: numero degli elementi dalla posizione 4 alla posizione 10 inclusi Due puntatori possono essere confrontati solo se fanno parte dello stesso vettore oppure uno dei due è NULL (o 0) 20 Priorità dell’operatore * Dalla tabella delle priorità si vede che l’operatore di deriferimento * ha priorità quasi massima, inferiore solo alle parentesi (e a ‘->’ e a ‘.’) e associatività da destra a sinistra Quindi, considerando che gli operatori * e ++ hanno stessa priorità e associatività da D a S: *p++ equivale a *(p++) incrementa p *++p equivale a *(++p) incrementa p ++*p equivale a ++(*p) incrementa *p inoltre: (*p)++ incrementa *p *p+1 equivale a (*p)+1 e non a *(p+1) Copia di stringhe 21 1a versione 3a versione La stringa y viene copiata in x char x[30], y[30], *t=x, *s=y; gets(y); while ( (*t = *s) != '\0') { t++; s++; } printf("%s\n", x); Il '\0' viene copiato nel ciclo stesso Nota: != '\0' può essere omesso 22 2a versione La stringa y viene copiata in x char x[30], y[30], *t=x, *s=y; int i=0; gets(y); while (s[i] != '\0') { t[i] = s[i]; i++; } t[i] = '\0'; printf("%s\n", x); Il '\0' viene copiato fuori dal ciclo Qui s e t vengono inutilmente usati come semplici sinonimi di x e y, non come puntatori Copia di stringhe Copia di stringhe 23 La stringa y viene copiata in x char x[30], y[30], *t=x, *s=y; int i=0; gets(y); while ((t[i] = s[i]) != '\0') i++; printf("%s\n", x); Il '\0' viene copiato nel ciclo stesso Qui s e t vengono inutilmente usati come semplici sinonimi di x e y, non come puntatori Nota: non si può scrivere t[i] = s[i++] nella condizione del while (side effect) Copia di stringhe 4a versione La stringa y viene copiata in x char x[30], y[30], *t=x, *s=y; gets(y); while (*t++ = *s++) ; printf("%s\n", x); Il '\0' viene copiato nel ciclo stesso Nota: l‘istruzione nulla è più chiara se scritta in una riga a sé stante 24 25 Puntatori e stringhe Puntatori e stringhe Si noti la differenza tra le seguenti definizioni: 26 char str[100]; RISERVA spazio per contenere i caratteri, è una variabile e il suo contenuto può essere modificato char *s; NON RISERVA spazio per contenere i caratteri, quindi per essere utilizzata come stringa le si deve assegnare una stringa “vera”: Assegnazione di una stringa variabile: s = str; scanf("%s", s); Si considerino i seguenti esempi: SI’ Assegnazione di una stringa costante: s = "salve"; scanf("%s", s); NO char str[] = "ciao"; E’ l’inizializzazione di una variabile stringa: il compilatore riserva memoria per str e vi copia i caratteri di "ciao"; la stringa costante "ciao" non esiste in memoria: è stata usata dal compilatore per inizializzare la stringa str, ma esiste in memoria la stringa variabile "ciao" str[0]='m'; SI’ char *s = "hello"; E’ l’inizializzazione di una variabile puntatore: il compilatore determina l’indirizzo della stringa costante "hello" (che esiste in memoria) e lo assegna alla variabile puntatore s s[0]='b'; NO! "hello" è costante! 27 Puntatori e stringhe Si considerino i seguenti esempi (cont.): s = "salve"; E’ l’assegnazione ad una variabile puntatore: il compilatore determina l’indirizzo della stringa costante "salve" (che esiste in memoria) e lo assegna alla variabile puntatore s s[4]='o'; NO! "salve" è costante! s = str; E’ l’assegnazione ad una variabile puntatore: il compilatore determina l’indirizzo della stringa variabile str (che esiste in memoria) e lo assegna alla variabile puntatore s s[0]='m'; SI’ 28 Puntatori e stringhe Noti i puntatori, si possono completare le informazioni già date sulle funzioni relative alle stringhe aggiungendo quanto segue: le funzioni di copia di stringhe strcpy, strncpy, strcat e strncat restituiscono il puntatore alla stringa di destinazione le funzioni di parsing strchr, strrchr, strstr, strpbrk e strtok restituiscono il puntatore all’oggetto cercato o NULL se non lo trovano 29 Funzioni sui blocchi di byte Funzioni sui blocchi di byte Blocchi di byte: sequenze di byte (caratteri) qualsiasi, il carattere di codice ASCII 0 ('\0') è un carattere normale e non viene utilizzato come terminatore (non c’è alcun terminatore) Una porzione di memoria (allocata in qualsiasi modo) viene trattata come generico blocco di byte da alcune funzioni contenute in <string.h> Per riservare una porzione di memoria si può definire una variabile o una stringa o utilizzare la funzione malloc (trattata in altre slide) Nelle seguenti funzioni, s (source) e t (target ) sono puntatori a blocchi di byte Puntatori const 31 Puntatore variabile a valore costante } 30 int const *p; sono equivalenti const int *p; p è una variabile di tipo puntatore-a-costante (a un oggetto costante di tipo int) const int x, y; const int *p; puntatore-a-costante p = &x; SI’, p è una variabile p = &y; SI’, p è una variabile *p = 13; NO, *p è costante memcpy(t,s,n) copia n byte da s a t memmove(t,s,n) copia n byte da s a t (i blocchi possono anche essere sovrapposti) memcmp(s,t,n) confronta byte per byte secondo il codice ASCII i primi n byte di s e di t, il valore restituito è un int come quello della strcmp memchr(s,c,n) cerca il byte c tra i primi n byte di s, dà NULL se non lo trova o il puntatore ad esso se trova memset(s,c,n) copia il byte c in tutti i primi n byte di s Puntatori const 32 Puntatore variabile a valore costante L’assegnazione di un valore di tipo puntatorea-costante (l’indirizzo di un valore costante) ad una variabile di tipo puntatore-a-variabile genera un Warning del compilatore perché permette di by-passare la restrizione (const) const int x = 12; int y = 10; int *p; puntatore-a-variabile const int *q; puntatore-a-costante p = &x; Warning *p = 5; non dà errore q = &x; OK *p = 5; dà errore Puntatori const 33 Esercizi Puntatore costante a valore variabile 34 int * const p; p è una costante di tipo puntatore-a-variabile (a un oggetto variabile di tipo int) Le costanti possono essere solo inizializzate int x, y; int * const p = &x; inizializzazione *p = 13; SI’, *p è una variabile p = &y; NO, p è una costante 1. 2. 3. 4. Si scriva un programma che chieda una stringa all’utente e conti quanti siano i caratteri che la costituiscono, NON si usi la funzione strlen della libreria standard. Scrivere un programma che verifichi se la stringa data in input è palindroma o no Scrivere un programma che chieda n valori interi (massimo 100), li collochi in un vettore e inverta il vettore (scambiando il primo elemento con l'ultimo, il secondo con il penultimo, etc.). Si usi la notazione vettoriale. Come il precedente, ma si usino i puntatori. 35 Esercizi 5. 6. 7. Scrivere un programma che data una stringa in input dica se la stessa contiene almeno una ‘A’ tra i primi 10 caratteri. Si scriva un programma che chieda all’utente 2 stringhe e concateni la seconda alla fine della prima, NON si usi la funzione strcat della libreria standard, si usino i puntatori e non la notazione vettoriale. Attenzione a terminarla con il carattere ‘\0’. Si scriva un programma che chieda all’utente 2 stringhe e indichi se la seconda è uguale alla parte terminale della prima. 36 Esercizi Scrivere un programma che chieda N valori (massimo 100), li collochi in un vettore e li ordini in senso crescente (senza usare vettori ausiliari). 9. Scrivere un programma che verifichi se la stringa data è composta di due parti uguali, trascurando il carattere centrale se la lunghezza è dispari (es. “CiaoCiao”, “CiaoXCiao”). 10. Scrivere un programma che date 2 stringhe in input indichi quante volte la più corta è contenuta nella più lunga. 8. 37 38 Esercizi Vettori di puntatori 11. Scrivere un programma che legga da un file un testo e spezzi su più righe quelle più lunghe di N caratteri (N chiesto all’utente). Le righe si possono spezzare solo dove c’è uno spazio (che non va riportato nella riga successiva). L’output deve essere salvato in un altro file. Gli elementi di questi vettori sono puntatori int *vett[10]; definisce un vettore di 10 puntatori a int (le [ ] hanno priorità maggiore dell’operatore *) Esempio di inizializzazione int a, b, c; int *vett[10]={NULL}; vett[0]=&a; vett[1]=&b; vett[2]=&c; I valori da vett[3] a vett[9] sono tutti NULL in quanto è stato inizializzato il primo elemento (i successivi sono automaticamente a 0 e 0 viene convertito in NULL) 39 Vettori di puntatori Esempio di inizializzazione errata int a, b, c; int *vett[10]={&a, &b, &c}; E’ errato perché questi inizializzatori sono indirizzi di variabili automatiche (descritto in altre slide). Se le variabili fossero invece di classe static sarebbe stato corretto, per queste variabili i valori di vett si devono assegnare come visto nell’esempio precedente 40 Puntatori a puntatori Variabili che contengono l'indirizzo di memoria di un puntatore Esempio int a, *b, **c; a = 12; b = &a; c = &b; Il puntatore c punta ad una variabile (b) che punta ad un int (a) a:B4A b:A5B c:5D6 A5B B4A 12 41 Puntatori a puntatori 42 Puntatori e matrici Esempio int a=10, b=20, c=30; int *v[3], int **w; v[0]=&a; v[1]=&b; v[2]=&c; w = v; w++; v è un vettore di puntatori, cioè è l'indirizzo di memoria (“puntatore”) di un puntatore, quindi v+1 è l'indirizzo del secondo puntatore del vettore v (ossia è pari a &v[1], punta a b) Anche w è un puntatore ad un puntatore, quando viene incrementato, punta al puntatore successivo, come v Una matrice è un vettore di vettori e quindi, considerando che l’associatività di [] è da sinistra a destra, si ha che: int Mx[7][5]; definisce un vettore di 7 elementi ciascuno delle quali è un vettore di 5 int Gli elementi del vettore Mx sono i 7 vettori identificati da Mx[i]; quindi Mx[i] è l’indirizzo di memoria di ciascuno dei 7 vettori di 5 int Poiché in seguito al decadimento il nome di un vettore-di-T ha tipo puntatore-a-T, anche gli Mx[i] non sono di tipo vettore-di-int ma decadono al tipo puntatore-a-int, (essendo indirizzi, non si può assegnare loro un valore) 43 Puntatori e matrici Il “decadimento” del tipo del nome di un vettore a puntatore può avvenire 1 sola volta Allora il tipo di una matrice decade a puntatore-a-vettore-di-T e non a puntatore-aT (quindi incrementando questo puntatore si punta al vettore di 5 int successivo) Mx non è di tipo puntatore-a-int come: int *p Mx non è di tipo puntatore-a-puntatore-a-int: int **p Mx è di tipo puntatore-a-vettore-di-5-int come: int (*p)[5] quindi Mx+1 punta al secondo vettore di 5 int 44 Puntatori e matrici Nella definizione di puntatore seguente int (*p)[5] è necessario che la dimensione delle colonne (5) sia specificata perché definisce un puntatore-a-vettore-di-cinque-interi Poiché Mx è un puntatore-a-vettore-di-5-interi (e non un puntatore ad un intero), allora: Mx+1 punta all’elemento successivo, ossia al successivo vettore di 5 interi (la seconda riga della matrice): Mx+1 aggiunge all’indirizzo di Mx il numero corretto di byte per puntare al secondo vettore di 5 int 45 Puntatori e matrici Puntatori e matrici Ricapitolando: 46 Mx[1][2] è un valore scalare è di tipo int è modificabile Mx[1][2]+1 somma 1 al contenuto di Mx[1][2] Mx[1] è l’indirizzo di un vettore di 5 int è di tipo puntatore-a-int (“decade”) Ricapitolando (continuazione): Mx non è modificabile Mx[1]+1 punta a Mx[1][1] è l’indirizzo di un vettore di 7 vettori di 5 int è di tipo puntatore-a-vettore-di-int (“decade una volta sola”), più precisamente è un puntatore-a-vettore-di-5-int (senza il 5 nel tipo il compilatore non saprebbe di quanti byte spostarsi per puntare al vettore-di-5-int successivo quando si scrive Mx+1) non è modificabile Mx+1 è l’indirizzo di memoria di Mx[1] 47 Puntatori e matrici Si notino le differenze tra: int *p; puntatore-a-int int (*q)[5]; puntatore-a-vett-di-5-int Poiché Mx è un puntatore-a-vettore-di-5-int: p = Mx; è errata q = Mx; è corretta e q+1 è l’indirizzo del secondo vettore di 5 elementi (equivale a Mx[1]) p = &Mx[0][0]; è corretta e p è l’indirizzo del primo elemento dei Mx[0] 48 Vettori di stringhe Essendo una stringa un vettore di caratteri, un vettore di stringhe è in realtà un vettore di vettori di caratteri, cioè una matrice di char char str[4][20]={"uno", "due"}; definisce un vettore di 4 stringhe di 20 char Le 4 stringhe sono identificate da str[i] str: str[0] u n o \0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0 str[1] d u e \0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0 str[2]\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0 str[3]\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0 49 Vettori di puntatori e matrici Vettori di puntatori e matrici Si notino le differenze tra: char a[4][8]={"un","otto","sei"}; char *b[4]={"un","otto","sei"}; a: b: un\000000 otto\0000 sei\00000 \00000000 50 un\0 otto\0 NULL a[2] = "hello"; ERRORE: a[2]non è un puntatore strcpy(a[2], "hello"); CORRETTO b[2] = "hello"; CORRETTO: b[2] è una variabile puntatore a cui viene assegnato l’indirizzo di memoria di una stringa costante sei\0 a[i]è l’indirizzo costante della riga i di a, tale riga è una stringa variabile di 8 char b[i] è una variabile puntatore con l’indirizzo della riga i, stringa costante di 4 caratteri: ad esempio b[2] contiene l’indirizzo di "sei\0" strcpy(b[2], "hello"); ERRORE: b[2] punta a una stringa costante Entrambi a[1][0] e b[1][0] sono il carattere 'c' a[1][0]='m'; SI’! L’oggetto puntato da a[1] è una b[1][0]='m'; NO! L’oggetto puntato da b[1] è una stringa variabile stringa costante 51 52 Const per puntatori a puntatori Const per puntatori a puntatori 1. 2. 3. int** x; x è una variabile di tipo puntatore a un puntatore variabile a un oggetto variabile di tipo int const int** x; x è una variabile di tipo puntatore a un puntatore variabile a un oggetto costante di tipo int int ** const x; x è una costante di tipo puntatore a un puntatore variabile a un oggetto variabile di tipo int 4. 5. 6. int * const * x x è una variabile di tipo puntatore a un puntatore costante a un oggetto variabile di tipo int const int * const * x x è una variabile di tipo puntatore a un puntatore costante a un oggetto costante di tipo int const int * const * const x x è una costante di tipo puntatore a un puntatore costante a un oggetto costante di tipo int 53 Homework 7 Scrivere un programma che legga da un file al massimo un certo numero MAXRIGHE di righe di testo e le memorizzi in una matrice di caratteri (MAXRIGHE x 100), una riga del file per ciascuna riga della matrice. Si definisca un vettore di puntatori a carattere e lo si inizializzi in modo che il primo puntatore punti alla prima riga, il secondo alla seconda, ecc. Si ordinino le stringhe scambiando tra di loro solo i puntatori e le si visualizzino ordinate. Facoltativo: misurare il rapporto tra il tempo necessario per ordinare scambiando le stringhe e scambiando i puntatori. 54 Homework 7 (esempio) prima Nel mezzo del cammin di nostra vita mi ritrovai per una selva oscura ché la diritta via era smarrita. Ahi quanto a dir qual era è cosa dura esta selva selvaggia e aspra e forte dopo Nel mezzo del cammin di nostra vita mi ritrovai per una selva oscura ché la diritta via era smarrita. Ahi quanto a dir qual era è cosa dura esta selva selvaggia e aspra e forte