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.
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
Zadanie - Rzut ukośny
Napisz funkcję o nazwie rzut(), która wyznacza położenie $(x(t), y(t))$ oraz prędkość $v_y(t)$ w chwili $t$ obiektu rzuconego z prędkością początkową $v_0$ pod kątem $\alpha$.
Funkcja powinna spełniać poniższą specyfikację.
Argumenty funkcji: funkcja posiada 5 argumentów:
- wartość $v_0$ określająca prędkość obiektu w chwili $t=0$
- wartość $\alpha$ określająca kąt w radianach pod jakim rzucono obiekt
- wartość czasu $t$
- adres zmiennej
x, do której funkcja wstawi wartość położenia obiektu $x(t)$ w chwili $t$ - adres zmiennej
y, do której funkcja wstawi wartość wysokości obiektu $y(t)$ w chwili $t$
Wartość zwracana: funkcja zwraca wartość prędkości chwilowej w kierunku pionowym $v_y(t)$ w chwili $t$.
Położenie $(x(t), y(t))$ obiektu po czasie $t$ dane jest wzorem $$ x(t) = v_0 t \cos{\alpha} $$ $$ y(t) = v_0 t \sin{\alpha} - \frac{gt^2}{2}$$
Prędkość chwilowa w kierunku pionowym $v_y(t)$ po czasie $t$ wynosi $$ v_y(t) = v_0 \sin{\alpha} - g t$$
gdzie $g$ oznacza przyspieszenie ziemskie. Przyjmij $g=9.8 \frac{m}{s}$.
Napisz program, który wykorzysta funkcję rzut() do wypisania położenia oraz prędkości rzuconego obiektu w kolejnych momentach rzutu ukośnego. Po uruchomieniu program pobiera od użytkownika następujące dane: prędkość początkową $v_0$, kąt rzutu $\alpha$ oraz wielkość kroku czasowego $\Delta t$.
Następnie program wypisuje w kolejnych liniach położenie obiektu oraz prędkość w kolejnych odstępach czasu $\Delta t$, począwszy od momentu startu $t=0$ aż do momentu upadku przedmiotu, tzn. dopóki $y(t) > 0$.
Przykładowy wynik działania programu:
predkosc poczatkowa: 42 kat rzutu: 0.8 krok czasu: 0.5 t x y v 0.00 0.00 0.00 30.13 0.50 14.63 13.84 25.23 1.00 29.26 25.23 20.33 1.50 43.89 34.17 15.43 2.00 58.52 40.66 10.53 2.50 73.15 44.70 5.63 3.00 87.79 46.29 0.73 3.50 102.42 45.43 -4.17 4.00 117.05 42.12 -9.07 4.50 131.68 36.36 -13.97 5.00 146.31 28.14 -18.87 5.50 160.94 17.48 -23.77 6.00 175.57 4.37 -28.67
Rozwiązanie (plik źródłowy) umieść w Moodle pod adresem https://moodle.umk.pl/WFAIIS/mod/assign/view.php?id=7533