И+ПРГ_23-01 Указатели

адрес какого-то объекта в памяти компьютера (обычно, другой переменной).
С помощью

указателей например можно:
обрабатывать многомерные и одномерные массивы, строки, символы, структуры и массивы структур , в том числе, большого размера,
динамически создавать новые переменные и структуры в процессе выполнения программы,
обрабатывать связанные структуры: стеки, очереди, списки, деревья, сети,
передавать функциям адреса фактических параметров,
передавать функциям адреса функций в качестве параметров.

Для каждой описанной в программе переменной выделяется область памяти, когда мы объявляем в программе, например, float der, то выделяется постоянная (статическая) область памяти, которая будет занята этой переменной до конца работы программы. Указатели, в частности, позволяют организовать динамическое выделение и освобождение памяти для переменных в процессе выполнения программы.
Но указатели используют и для работы с переменными в статической памяти.

Разберемся с организацией памяти в ПЭВМ и в программах на Pascal и С.

И+ПРГ

байт, каждая ячейка имеет собственный уникальный номер – адрес. Память

разделяется на сегменты размером 216 = 65 536 байт или 64 Кб, что определяется архитектурой микропроцессоров 80х86 (16-разрядных). [32-х и 64-х-разрядная адресация поддерживается в операционных системах Windows и UNIX / Linux.]

Адрес каждого байта ОП формируется из двух слов (каждое размером по 16 бит – по 2 байта) – адреса сегмента и смещения (смещение указывает на сколько байт от начала сегмента сдвинут адрес конкретного байта).
Адрес байта формируется следующим образом: адрес сегмента смещается на 4-е двоичных разряда (бита) влево и к нему прибавляется смещение, таком образом физический адрес байта составляет 20 бит и с его помощью можно адресовать 220 байт (1 Мбайт):

Сегмент
+
Смещение
=
Адрес

16+4 бит
16 бит
20 бит

Адрес сегмента

Смещение

Физический адрес

Указатель занимает в памяти 4 байта (32 бита) и адресует первый байт данных, например, первый байт первого элемента массива.

Указатель занимает в памяти 4 байта (32 бита) хотя собственная длина указателя – 20 бит и он помещается в 3 байта, НО обычно память выделяется словами по 2 байта (16 бит) и выравнивается на границу слова – т.е под указатель выделяется 2 слова (а не 1,5).

И+ПРГ

И+ПРГ

программе, компилятор выделяет фиксированную память, не изменяющуюся в процессе выполнения

программы – статическую память. Если невозможно заранее определить объем данных, то надо перейти к использованию динамической памяти. Её выделение под данные и освобождение осуществляется программистом. Расположение динамической памяти (heap, кучи) в компьютере показано на схемах ниже. Обращение к динамическим переменным осуществляется через указатели.

Распределение оперативной памяти ПЭВМ для программ на Pascal и С.

Область программы

И+ПРГ

Borland Pascal

Кодовые сегменты других модулей
И+ПРГ

программы (Program Segment Prefix - PSP) -это 256-ти байтовая область,

создаваемая DOS при загрузке программы. Адрес сегмента PSP хранится в переменной PrefixSeg.
Главная программа, и каждый модуль имеют свой кодовый сегмент. Главная программа занимает первый кодовый сегмент; кодовые сегменты, которые следуют за ним, занимают модули (в порядке, обратном тому, как они следовали в операторе uses), и последний кодовый сегмент занимает библиотека времени выполнения (модуль System). Размер одного кодового сегмента не может превышать 64К, но общий размер кода ограничен только имеющейся памятью.
Сегмент данных (адресуемый через DSeg) содержит все глобальные переменные и затем все типизованные константы. Регистр DS никогда не изменяется во время выполнения программы. Размер сегмента данных не может превышать 64К.
При запуске программы регистр сегмента стека (SSeg) и указатель стека (SP) устанавливаются так, что SS:SP указывает на первый байт после сегмента стека. Регистр SS никогда не изменяется во время выполнения программы, а SP может передвигаться вниз пока не достигнет конца сегмента. Размер стекового сегмента не может превышать 64К; размер по умолчанию - 16К, он может быть изменен директивой компилятора $M.
Буфер оверлеев используется стандартным модулем Overlay для хранения оверлейного кода. Размер оверлейного буфера по умолчанию соответствует размеру наибольшего оверлея в программе; если в программе нет оверлеев, размер буфера оверлеев равен 0. Размер буфера оверлеев может быть увеличен с помощью вызова программы OvrSetBuf модуля Overlay; в этом случае размер кучи соответственно уменьшается, смещением вверх HeapOrg.

Адресация и распределение памяти для программ

И+ПРГ

в памяти компьютера (обычно, другой переменной).
В Pascal есть два вида

указателей – типизированные – объявляются с использованием символа ^ –
Type <тип_указателя> =
^<имя_типа_переменной>;
Type pchar = ^char; Var pc : pchar;
Можно объявить указатель прямо при описании переменной –
Var p1 : ^integer; p2 : ^real;
[В Pascal указатели, как исключение, могут ссылаться на еще не объявленный тип данных],
и нетипизированные – объявля-ются с использованием стандартного типа данных POINTER –
Var <имя_указателя> : Pointer;
Var p : pointer;
(их удобно использовать для данных, структура и тип которых изменяется в ходе работы программы).

Указатель в С не является отдельным типом данных, он всегда связан с каким-либо конкретным типом.
В С / С++ различают три вида указателей:
на объект, на функцию и на void.
Объявление указателя на объект:
<Характеристики_типа_данных> *
<Характеристики_указатедя>
Обычно: <тип_данных> * <имя_указателя>;
Например: int *a, *c;
Объявление указателя на void – применяется когда конкретный тип объекта, адрес которого требуется хранить, не определен:
Например: extern void *malloc(int);
Объявление указателя на функцию:
<тип> (*<имя>) (<список_типов_аргументов>);
Например: int (*fun) (double, double);
Примеры:
int *pi; // Указатель на целую переменную
const int *pci; // Указатель на целую константу
int * const cp=&i; // Указатель-константа на
переменную
const int *const cpc=&ci; // Указатель-константа на целую константу

Указатель в Pascal – переменная ссылочного типа.

И+ПРГ

Разадресация (разыменование) –
^ – это обращение к значению переменной,

адрес которой хранится в указателе.
Указатели стандартного типа (pointer) разыменовывать нельзя.
Присваивание – <имя_указателя> := <ссылочное выражение>
Ссылочное выражение – обязательно того же типа, что и указатель, это:
- указатель (ссылочная переменная),
- пустая ссылка nil – нет конкретного объекта,
- ссылочная функция (результат – ссылка, указатель).
Например: Var p1, p2:^real; p3:^integer; pp : pointer;
Тогда – p1:=p2; p2:=pp; - допустимо, а
p2:=p3; - запрещено.
Сравнение – <имя_указателя_1> = [или <>] <имя_указателя_2> – сравнивать можно на равенство или неравенство.

Получение адреса – &<имя_переменной> – значение адреса операнда <имя> в памяти. Например: n = &p1;
Разыменование (разадресация, раскры-тие ссылки) – *<имя_указателя> – значение объекта, адрес которого <имя_указателя>. Например: z = *n;
Присваивание –
<имя_указателя1> = <имя_указателя2> -
если оба операнда имеют один тип – прос-тое присваивание, иначе – присваивание с преобразованием типа указателя – это:
Приведение типов – два вида – с указате-лем типа void* и без его использования.
void* в С разрешает неявное преобразование (в С++ – только явное, даже для void*). Преобразования всех остальных типов указателей должны быть явными, т.е. должна быть указана операция приведения типов.
Например: если x – имеет тип int, а *p – double, то надо записывать p = (double *) &x.
Но использовать приведение надо осторожно и обязательно к базовому типу указателя, а не объекта.

Операции с указателями

И+ПРГ

вычитание – учитывают размер типа величины и применимы только к

указателем одного типа:
сложение (вычитание) с константой –
p1 = p1 + 12; p2 = p2 – 5;
увеличение (инкремент) – p1++; – при увеличении на 1 указатель p1 будет смещаться на величину типа данных и указывать на следующее значение Например, в типе int* – смещение на 2 байта – p1=200, p1++ = 202, p1-- = 198.
уменьшение (декремент) – p1--; – аналогично инкременту.
вычитание двух указателей – разность двух указателей – это разность их значений, деленная на размер типа в байтах. Так можно определять к-во объектов между адресами указателей.
Например: в массиве разность указателей на 3-й и 6-й элементы равна 3.
Сравнение - допустимы любые опера-ции сравнения, обычно, они имеют смысл, когда ссылки на общий объект.

Некоторые стандартные функции для работы с указателями:
addr (х) : pointer - аналогично @,
seg (x) : word – адрес сегмента для x,
ofs (x) : word – смещение для x,
cseg : word – значение регистра сегмента кода программы – CS,
dseg : word – значение регистра сегмента данных программы – DS,
ptr (seg, ofs : word) : pointer – по заданному сегменту и смещению формирует адрес типа pointer.

И+ПРГ

*a=100, b=200
Program Pointer;
Var
pa : ^word;
b: integer;
Begin
pa^ :=

100;
b := 200;
pa := @b;
WriteLn('pa^=',pa^,', b=',b,');
End.

Результат:

pa^=200, b=200

Вывод на печать адреса (значения указателя) в Pascal не поддерживается.

В языке С/C++ с указателями допустимы практически все операции.

И+ПРГ