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 jednak taki adres umieścić w zmiennej wskaźnikowej i wykorzystać aby zyskać dostęp 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 ustawionego 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 fun, która przyjmuje w argumencie wskaźnik zmiennej (int * a) a następnie odnosząc się przez dany adres podstawią nową wartość.
- wsk4.c
#include<stdio.h> void fun(int *a) { *a = 42; } int main() { int a = 1; fun( &a ); printf("a = %d\n", a); }
Wynik działania programu:
a = 1 a = 42
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.
Zadanie - 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 - układ równań
Zaimplementuj funkcję rozwiązującą układ równań z 2 niewiadomymi. \[ \begin{cases} ax + by = c\\ dx + ey = f\\ \end{cases} \]
Argumenty funkcji: liczby rzeczywiste a, b, c, d, e, f definiujące układ równań oraz adresy (wskaźniki) zmiennych x, y, do których zostanie wstawiony wynik.
Wartość zwracana z funkcji: liczba całkowita równa:
- -1 gdy układ jest sprzeczny (brak rozwiązań), zmienne
xiynie są modyfikowane - 0 gdy układ jest niejednoznaczny (posiada wiele rozwiązań), zmienne
xiynie są modyfikowane - 1 gdy istnieje jednoznaczne rozwiązanie, do zmiennych wskazywanych przez
xiyumieszczane jest rozwiązanie układu.
Napisz program, który wczyta 6 liczb rzeczywistych stanowiących współczynniki określające układ równań a następnie, korzystając z powyższej funkcji, wyznaczy rozwiązanie układu równań.
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
Zadanie - dominanta
Zaimplementuj funkcję o naziw diminanta, która zwróci dominantę oraz liczbę wystąpień dominanty dla podanego ciągu liczb rzeczywistych. Dominanta to wartość najczęściej dominująca, np. dla ciągu liczb 1, 2, 1, 3, 1, 5 wartością dominującą jest 1 i występuje ona w ciągu 3 razy.
Argumenty funkcji dominanta: tablica t liczb rzeczywistych, liczba całkowita n określająca ilość liczb w tablicy t, wskaźnik do zmiennej x, która po zakończeniu działania funkcji będzie zawierała wartość dominującą z elementów tablicy t. W przypadku, gdy tablica zawiera więcej niż jedną wartość dominującą zwracana jest tylko jedna z nich.
Wartość zwracana z funkcji: liczba całkowita określająca ilość wystąpień dominanty
Napisz program, który wczyta z klawiatury n liczb rzeczywistych i korzystając z zaimplementowanej funkcji wyznaczy wartość dominującą a następnie wypisze wynik.
Przykład działania:
Ile liczb? 5 Podaj liczby: 5 -3 5 5 4 Diminanata to 5 Ilosc wystapien 3