Указатели

Чтобы показать другу, где ты живёшь, ты не приносишь ему дом — ты просто называешь адрес: «Баку, улица Низами, 25». Тот, кто знает адрес, может найти дом, войти внутрь и даже что-то там изменить. Память компьютера устроена так же: каждая переменная живёт по определённому адресу. Переменная, которая хранит адрес, называется указателем. Указатели — самая мощная и самая пугающая тема C, но идея у них такая же простая, как этот адрес.

Адреса и указатели

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int x = 10;
    int *p = &x;
    printf("x = %d\n", x);
    printf("*p = %d\n", *p);
    *p = 25;
    printf("x = %d\n", x);
    printf("Same address? %d\n", p == &x);
    return 0;
}

x = 10
*p = 10
x = 25
Same address? 1

Сам адрес можно напечатать спецификатором %p. Обычно он выглядит как шестнадцатеричное число вроде 0x7ffd… и может меняться при каждом запуске программы:

int x = 10;
int *p = &x;
printf("Address of x: %p\n", (void *) &x);
printf("Value of p:   %p\n", (void *) p);

Передача указателей в функции: swap

Вспомни: в C функция получает копии аргументов, поэтому через обычные параметры поменять местами значения двух переменных невозможно. Решение — передать функции адреса переменных. По адресам функция добирается до исходных переменных. Именно поэтому scanf("%d", &age) требует &.

#include <stdio.h>

void swap(int *a, int *b) {
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

int main(void) {
    int x = 3, y = 8;
    printf("Before: x = %d, y = %d\n", x, y);
    swap(&x, &y);
    printf("After:  x = %d, y = %d\n", x, y);
    return 0;
}

Before: x = 3, y = 8
After:  x = 8, y = 3

Указатели позволяют функции «вернуть» и несколько результатов: return возвращает лишь одно значение, но функция может записать результаты по переданным ей адресам. Функция ниже находит самую низкую и самую высокую из нескольких температур, измеренных в Баку:

#include <stdio.h>

void min_max(const int *arr, int n, int *min, int *max) {
    *min = arr[0];
    *max = arr[0];
    for (int i = 1; i < n; i++) {
        if (arr[i] < *min) *min = arr[i];
        if (arr[i] > *max) *max = arr[i];
    }
}

int main(void) {
    int temps[5] = {18, 25, 21, 30, 16};
    int low, high;
    min_max(temps, 5, &low, &high);
    printf("Min: %d, max: %d\n", low, high);
    return 0;
}

Min: 16, max: 30

Арифметика указателей и массивы

В выражениях имя массива превращается в адрес его первого элемента, поэтому можно написать int *p = arr;. Если прибавить к указателю 1, он сдвинется не на 1 байт, а на один элемент: для int * обычно на 4 байта. Значит, *(p + 2) — третий элемент, а запись arr[i] — просто сокращение для *(arr + i). При передаче массива в функцию на самом деле передаётся указатель на первый элемент — вот почему функция может менять исходный массив и почему приём с sizeof не работает с параметром.

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int arr[4] = {10, 20, 30, 40};
    int *p = arr;
    printf("%d\n", *p);
    printf("%d\n", *(p + 2));
    p++;
    printf("%d\n", *p);
    printf("%d\n", arr[3] == *(arr + 3));
    int sum = 0;
    for (int *q = arr; q < arr + 4; q++) {
        sum += *q;
    }
    printf("Sum: %d\n", sum);
    return 0;
}

10
30
20
1
Sum: 100

Опасные указатели

• Неинициализированный указатель хранит случайный адрес. Запись по нему может испортить другие данные. Всегда задавай указателю адрес переменной или NULL.
• **Разыменование указателя NULL** (*p, когда p равен NULL) обычно сразу приводит к аварийному завершению. Проверяй перед использованием: if (p != NULL).
• Висячий указатель указывает на переменную, которой уже нет. Например, если функция возвращает адрес своей локальной переменной, эта переменная исчезает, как только функция завершается.

int *make_number(void) {
    int local = 5;
    return &local;
}