Указатели
Указатель – это производный тип, который представляет собой адрес какого-либо значения. В языке Си++ используется понятие адреса переменных. Работа с адресами досталась Си++ в наследство от языка Си. Предположим, что в программе определена переменная типа int:
int x;
Можно определить переменную типа "указатель" на целое число:
int* xptr;
и присвоить переменной xptr адрес переменной x:
xptr = x;
Операция , примененная к переменной, – это операция взятия адреса. Операция *, примененная к адресу, – это операция обращения по адресу. Таким образом, два оператора эквивалентны:
int y = x; // присвоить переменной y значение x int y = *xptr; // присвоить переменной y значение, // находящееся по адресу xptr
С помощью операции обращения по адресу можно записывать значения:
*xptr = 10; // записать число 10 по адресу xptr
После выполнения этого оператора значение переменной x станет равным 10, поскольку xptr указывает на переменную x.
Указатель – это не просто адрес, а адрес величины определенного типа. Указатель xptr – адрес целой величины. Определить адреса величин других типов можно следующим образом:
unsigned long* lPtr; // указатель на целое число без знака
char* cp; // указатель на байт
Complex* p; // указатель на объект класса Complex
Если указатель ссылается на объект некоторого класса, то операция обращения к атрибуту класса вместо точки обозначается "-", например p-real. Если вспомнить один из предыдущих примеров:
void Complex::Add(Complex x) { this-real = this-real + x.real; this-imaginary = this-imaginary + x.imaginary; }
то this – это указатель на текущий объект, т.е. объект, который выполняет метод Add. Запись this- означает обращение к атрибуту текущего объекта.
Можно определить указатель на любой тип, в том числе на функцию или метод класса. Если имеется несколько функций одного и того же типа:
int foo(long x); int bar(long x);
можно определить переменную типа указатель на функцию и вызывать эти функции не напрямую, а косвенно, через указатель:
int (*functptr)(long x); functptr = foo; (*functptr)(2); functptr = bar; (*functptr)(4);
Для чего нужны указатели? Указатели появились, прежде всего, для нужд системного программирования. Поскольку язык Си предназначался для "низкоуровневого" программирования, на нем нужно было обращаться, например, к регистрам устройств. У этих регистров вполне определенные адреса, т.е. необходимо было прочитать или записать значение по определенному адресу. Благодаря механизму указателей, такие операции не требуют никаких дополнительных средств языка.
int* hardwareRegiste =0x80000; *hardwareRegiste =12;
Однако использование указателей нуждами системного программирования не ограничивается. Указатели позволяют существенно упростить и ускорить ряд операций. Предположим, в программе имеется область памяти для хранения промежуточных результатов вычислений. Эту область памяти используют разные модули программы. Вместо того, чтобы каждый раз при обращении к модулю копировать эту область памяти, мы можем передавать указатель в качестве аргумента вызова функции, тем самым упрощая и ускоряя вычисления.
struct TempResults { double x1; double x2; } tempArea; // Функция calc возвращает истину, если // вычисления были успешны, и ложь – при // наличии ошибки. Вычисленные результаты // записываются на место аргументов по // адресу, переданному в указателе trPtr bool calc(TempResults* trPtr) { // вычисления if (noerrors) { trPtr-x1 = res1; trPtr-x2 = res2; return true; } else { return false; } } void fun1(void) { . . . TempResults tr; tr.x1 = 3.4; tr.x2 = 5.4; if (calc(tr) == false) { // обработка ошибки } . . . }
В приведенном примере проиллюстрированы сразу две возможности использования указателей: передача адреса общей памяти и возможность функции иметь более одного значения в качестве результата. Структура TempResults используется для хранения данных. Вместо того чтобы передавать эти данные по отдельности, в функцию calc передается указатель на структуру. Таким образом достигаются две цели: большая наглядность и большая эффективность (не надо копировать элементы структуры по одному). Функция calc возвращает булево значение – признак успешного завершения вычислений. Сами же результаты вычислений записываются в структуру, указатель на которую передан в качестве аргумента.
Упомянутые примеры использования указателей никак не связаны с объектно-ориентированным программированием. Казалось бы, объектно-ориентированное программирование должно уменьшить зависимость от низкоуровневых конструкций типа указателей. На самом деле программирование с классами нисколько не уменьшило потребность в указателях, и даже наоборот, нашло им дополнительное применение, о чем мы будем рассказывать по ходу изложения.
