Spis treści

Wskaźniki

Wskaźniki

Wskaźnik (pointer) to adres, który określa jednoznacznie pozycję danych w pamięci komputera. Każda zmienna zajmuje określone miejsce w pamięci i jest umiejscowiona w pamięci pod pewnym adresem. Tak jak adres na kopercie listu wskazuje jednoznacznie lokalizację adresata tak wskaźnik pokazuje miejsce w pamięci, gdzie możemy odnaleźć wskazywaną zmienną. Adres zmiennej uzyskujemy za pomocą operatora referencji '&'.

Adres zmiennej i operator &

Operator referencji & zwraca adres zmiennej. Jest to operator jednoargumentowy, tzn. działa na jedną wartość stojącą z prawej strony, np.: &x wyznacza adres zmiennej a.

wsk1.c

#include<stdio.h>
 
int main()
{
   int a = 42;
   printf("adres zmiennej a %p\n", &a);
}

Przykładowy wynik działania programu:

adres zmiennej a 0x7fff8e6a47e4

Adres jest dodatnią liczbą całkowitą, którą wygodnie jest przedstawiać w systemie szesnastkowym. Jednak zazwyczaj nie ma potrzeby prezentowania tej wartości. Możemy taki adres przypisać do zmiennej wskaźnikowej i korzystać z tej zmiennej gry potrzebujemy dostępu do wskazywanego obszaru pamięci.

Deklaracja zmiennej wskaźnikowej

Zmienna wskaźnikowa to zmienna, która przechowuje adres do zmiennej pewnego typu. W poniższym przykładzie znajduje przykład który zawiera deklarację zmiennej wskaźnikowej w, która będzie przechowywała adres zmiennej typu int. W instrukcji w = &a następuje przypisanie wartości &a do zmiennej w.

wsk2.c

#include<stdio.h>
 
int main()
{
   int a = 42;
   int *w;
 
   w = &a;
 
   printf("w = %p\n", w);
   printf("adres zmiennej a %p\n", &a);
}

Przykładowy wynik działania programu:

w = 0x7fff0c2c954c
adres zmiennej a 0x7fff0c2c954c

W podobny sposób deklaruje się zmienne wskaźnikowe, które mogą przechowywać adresy zmiennych dowolnego typu a nawet adresy innych zmiennych wskaźnikowych.

Przykłady deklaracji zmiennych wskaźnikowych:

int *a;       // wskaźnik zmiennej typu int
float *b;     // wskaźnik zmiennej typu float
char *c       // wskaźnik zmiennej typu char
int *d[10];   // tablica 10-cio elementowa wskaźników typu int
float **e;    // wskaźnik zmiennej typu float* (wskaźnik do wskaźnika)

Dostęp do adresu - operator *

Operator dereferencji * służy do wydobycia wskazanej przez wskaźnik wartości. To również operator jednoargumentowy a instrukcja *x zwraca wartość wskazywaną, przez adres zawarty w zmiennej x, tzn. zmienna x musi być zmienną wskaźnikową i zawiera poprawny adres pewnej innej zmiennej. Zwróć uwagę, że symbol * używany jest również jako operator mnożenia x * y , jednak mnożenie jest operacją na dwóch argumentach, zaś operator dereferencji działa zawsze na jedną wartość. Operator dereferencji * udostępnia wartość z danego adresu, dzięki czemu możemy nie tylko odczytać wartość wskazywanej zmiennej ale także zmodyfikować jej wartość. Przykład:

wsk3.c

#include<stdio.h>
 
int main()
{
   int a = 42;
   int *w;
 
   w = &a;
 
   printf("a = %d\n", a);
   printf("*w = %d\n", *w);
 
   *w = 13;
 
   printf("a = %d\n", a);
   printf("*w = %d\n", *w);
}

Wynik działania programu:

a = 42
*w = 42
a = 13
*w = 13

Uwaga: uważaj na to aby zmienna wskaźnikowa zawsze zawierała poprawny adres. Sprawdź, co się stanie jeżeli w powyższym przykładzie usuniemy instrukcję w = &a. Brak przypisania poprawnego adresu w zmiennej w doprowadzi do katastrofy w momencie wykonania instrukcji *w = 13.

Wskaźnik argumentem funkcji

Jednym z najważniejszych zastosowań wskaźników jest ich wykorzystanie w argumentach funkcji. Adres zmiennej przekazany w argumencie funkcji pozwala tej funkcji zmodyfikować wartość wskazywanej zmiennej, tzn. funkcja jest w stanie podstawić nową wartość do wskazywanej zmiennej. Poniższy przykład prezentuje definicję funkcji zwieksz, która przyjmuje w argumencie wskaźnik zmiennej (int * a) a następnie odnosząc się przez dany adres zwiększa wartość o 1.

wsk4.c

#include<stdio.h>
 
void zwieksz(int *a)
{
   *a = *a + 1;
}
 
int main()
{
   int a = 1;
 
   zwieksz( &a );
 
   printf("a = %d\n", a);
}

Wynik działania programu:

a = 2

W taki sam sposób działa funkcja scanf(„%d”, &x), która w drugim argumencie MUSI mieć adres zmiennej x do której podstawi wartość wczytaną z terminala.

Ćwiczenie - zamiana wartości

Napisz funkcję zamień(), która zamienia wartości 2 zmiennych podanych w argumentach.
Przetestuj działanie funkcji w programie, który wczyta 2 liczby do zmienneych a nastepnie zamieni ich wartości korzystając z funkcji zamień()

Ćwiczenie - pierwiastki równania kwadratowego

Zaimplementuj funkcję o nazwie pierwiastki, która wyznacza miejsca zerowe równania kwadratowego. Parabola jest określona przez trzy wartości rzeczywiste a, b i c równaniem

\[ f(x) = ax^2 + bx + c \]

Parabola może posiadać dwa miejsca zerowe, jedno miejsce zerowe lub może nie posiadać miejsc zerowych. Zadana funkcja parabola zwraca informację o liczbie miejsc zerowych (0, 1 lub 2) oraz dwie wartości rzeczywiste x1 oraz x2 stanowiące miejsca zerowe.
Argumenty funkcji pierwiastki: liczby rzeczywiste a, b, c definiujące równanie kwadratowe oraz dwa adresy (wskaźniki) x1 oraz x2, pod które zostaną wstawione wartości obu miejsc zerowych. W przypadku braku miejsc zerowych, zmienne wskazywane przez wskaźniki nie są modyfikowane.
Wartość zwracana funkcji: liczba całkowita (0, 1 lub 2) określająca liczbę miejsc zerowych równania kwadratowego

Napisz program, który pobierze od użytkownika 3 liczby rzeczywiste a, b oraz c a następnie, korzystając z funkcji pierwiastk() wyznaczy miejsca zerowe równania kwadratowego zdefiniowanego podanymi współczynnikami. Wynikiem działania programu jest komunikat informujący o liczbie miejsc zerowych oraz wartości tych miejsc zerowych.

Przykład działania programu

Podaj wsp. paraboli a, b i c :
1 1 1
Brak miejsc zerowych

Podaj wsp. paraboli a, b i c :
1 -4 4
Jedno miejsce zerowe: 2.000000

Podaj wsp. paraboli a, b i c :
1 0 -4
Dwa miejsca zerowe: x1=2.000000, x2=-2.000000

Ćwiczenie - dominanta

Zaimplementuj funkcję o nazwie diminanta(), która wyznacza wartość dominującą (modę) oraz liczbę wystąpień dominanty dla podanego ciągu liczb całkowitych. Dominanta to wartość najczęściej występująca, np. dla ciągu liczb 1, 2, 1, 3, 1, 5 wartością dominującą jest 1 i występuje ona w ciągu 3 razy. Inny przykład, w ciągu 1, 2, 3, 4 każda z wartości występuje równie często, więc każda jest dominantą.

Argumenty funkcji dominanta:

tablica t zawierająca sekwencję liczb całkowitych,
liczba całkowita n określająca ilość liczb w tablicy t,
wskaźnik do zmiennej x. Wskazywana zmienna po zakończeniu działania funkcji będzie zawierała wartość dominującą w sekwencji liczb z tablicy t. W przypadku, gdy tablica zawiera więcej niż jedną wartość dominującą to zwracana jest tylko jedna (dowolna) z nich.

Wartość zwracana z funkcji:

liczba całkowita określająca ilość wystąpień dominanty

Napisz program, który korzystając z funkcji dominanta() wyznaczy wartość dominującą z podanej przez użytkownika sekwencji liczb. Zakładamy, że program powinien działać poprawnie dla sekwencji liczb zawierającej do 1000 elementów.

Dane wejściowe programu:

liczba całkowita n określająca ilość elementów w sekwencji liczb
sekwencja n liczb całkowitych

Wynik działania:

program wypisuje komunikat o znalezionej wartości dominującej oraz o liczbie wystąpień.

Przykład działania:

Ile liczb?
5
Podaj liczby:
5
-3
5
5
4
Diminanta       5
Ilosc wystapien 3

Zadanie - Układ równań

Zaimplementuj funkcję rozwiązującą układ równań z 2 niewiadomymi. \[ \begin{cases} ax + by = c\\ dx + ey = f\\ \end{cases} \]

Argumenty funkcji: funkcja posiada 8 argumentów:

liczby rzeczywiste a, b, c, d, e, f definiujące układ równań
adresy (wskaźniki) zmiennych x, y, do których zostanie wstawiony wynik

Wartość zwracana z funkcji: liczba całkowita o wartości 0, 1 lub -1:

-1 gdy układ jest sprzeczny (brak rozwiązań), zmienne x i y nie są modyfikowane
0 gdy układ jest niejednoznaczny (posiada wiele rozwiązań), zmienne x i y nie są modyfikowane
1 gdy istnieje jednoznaczne rozwiązanie, do zmiennych wskazywanych przez x i y umieszczane jest rozwiązanie układu.

Funkcja rozwiązuje układ równań metodą wyznaczników
Metoda wyznaczników
Oblicz wyznaczniki $$W = a \cdot e - b \cdot d \qquad W_x = c \cdot e - f \cdot b \qquad W_y = a \cdot f - c \cdot d $$ Rozwiązanie:

gdy $W \neq 0$ to istnieje rozwiązanie $ x = \frac{W_x}{W}, \, y = \frac{W_y}{W}$
gdy $W = W_x = W_y = 0$ to istnieje nieskończenie wiele rozwiązań (równania zależne)
gdy $W = 0$ i $W_x \neq 0$ lub $W_y \neq 0$ to brak rozwiązań, układ sprzeczny

Napisz program, który wykorzysta funkcję zdefiniowaną wg. powyższej specyfikacji do rozwiązania dowolnego układu równań. Program wczytuje 6 liczb rzeczywistych stanowiących współczynniki określające układ równań a następnie, korzystając z powyższej funkcji, wyznaczy rozwiązanie układu równań i wypisuje wynik na ekranie

Przykład działania:

Podaj wspolczynniki ukladu rownan:
3 5 17 2 -3 5 
Rozwiazanie x=4.000000, y=1.000000

Podaj wspolczynniki ukladu rownan:
-1 -1 3 1 1 -3
Uklad rownan jest nioznaczony

Podaj wspolczynniki ukladu rownan:
1 2 3 1 2 4
Uklad rownan jest sprzeczny

Rozwiązanie (plik źródłowy) umieść w Moodle pod adresem https://moodle.umk.pl/WFAIIS/mod/assign/view.php?id=6320