Брайан Керниган - Язык программирования Си. Издание 3-е, исправленное

• Название: Язык программирования Си. Издание 3-е, исправленное
• Автор: Брайан Керниган
• Издательство: Невский Диалект
• Жанр: Программирование
• Год: 2001
• ISBN: 0-13-110362-8

Книга широко известных авторов, разработчиков языка Си, переработанная и дополненная с учетом стандарта ANSI для языка Си, 2-е английское издание которой вышло в 1988 году, давно стала классикой для всех изучающих и/или использующих как Си, так и Си++. Русский перевод этой книги впервые был выпущен изд- вом "Финансы и статистика" в 1992 г. и с тех пор пользуется неизменным спросом читателей.

Для настоящего третьего русского издания перевод заново сверен с оригиналом, в него внесены некоторые поправки, учитывающие устоявшиеся за прошедшие годы изменения в терминологии, а так же учтены замечания, размещенные автором на странице http://cm.bell-labs.com/cm/cs/cbook/2ediffs.html.

Для программистов, преподавателей и студентов.

Издание подготовлено при участии издательства "Финансы и статистика"

---

Изменения, внесенные стандартом ANSI, связаны в основном с формулированием точных правил, как работать с указателями. Стандарт узаконил накопленный положительный опыт программистов и удачные нововведения разработчиков компиляторов. Кроме того, взамен char* в качестве типа обобщенного указателя предлагается тип void* (указатель на void).

5.1 Указатели и адреса

Начнем с того, что рассмотрим упрощенную схему организации памяти. Память типичной машины подставляет собой массив последовательно пронумерованных или проадресованных ячеек, с которыми можно работать по отдельности или связными кусками. Применительно к любой машине верны следующие утверждения: один байт может хранить значение типа char, двухбайтовые ячейки могут рассматриваться как целое типа short, а четырехбайтовые - как целые типа long. Указатель - это группа ячеек (как правило, две или четыре), в которых может храниться адрес. Так, если c имеет тип char, а p - указатель на c, то ситуация выглядит следующим образом:

Унарный оператор & выдает адрес объекта, так что инструкция

p =&c;

присваивает переменной p адрес ячейки c (говорят, что p указывает на c). Оператор & применяется только к объектам, расположенным в памяти: к переменным и элементам массивов. Его операндом не может быть ни выражение, ни константа, ни регистровая переменная.

Унарный оператор * есть оператор косвенного доступа. Примененный к указателю он выдает объект, на который данный указатель указывает. Предположим, что x и y имеют тип int, а ip - укаэатель на int. Следующие несколько строк придуманы специально для того, чтобы показать, каким образом объявляются указатели и как используются операторы & и *.

int х = 1, у = 2, z[10];

int *ip; /* ip - указатель на int */

ip = &x; /* теперь ip указывает на x */

y = *ip; /* y теперь равен 1 */

*ip = 0; /* x теперь равен 0 */

ip = &z[0]; /* ip теперь указывает на z[0] */

Объявления x, y и z нам уже знакомы. Объявление указателя ip

int *ip;

мы стремились сделать мнемоничным - оно гласит: "выражение *ip имеет тип int". Синтаксис объявления переменной "подстраивается" под синтаксис выражений, в которых эта переменная может встретиться. Указанный принцип применим и в объявлениях функций. Например, запись

double *dp, atof (char *);

означает, что выражения *dp и atof(s) имеют тип double, а аргумент функции atof есть указатель на char.

Вы, наверное, заметили, что указателю разрешено указывать только на объекты определенного типа. (Существует одно исключение: "указатель на void" может указывать на объекты любого типа, но к такому указателю нельзя применять оператор косвенного доступа. Мы вернемся к этому в параграфе 5.11.)

Если ip указывает на x целочисленного типа, то *ip можно использовать в любом месте, где допустимо применение x; например,

*ip = *ip + 10;

увеличивает *ip на 10.

Унарные операторы * и & имеют более высокий приоритет, чем арифметические операторы, так что присваивание

y = *ip + 1;

берет то, на что указывает ip, и добавляет к нему 1, а результат присваивает переменной y. Аналогично

*ip += 1;

увеличивает на единицу то, на что указывает ip; те же действия выполняют

++*ip;

и

(*iр)++;

В последней записи скобки необходимы, поскольку если их не будет, увеличится значение самого указателя, а не то, на что он указывает. Это обусловлено тем, что унарные операторы * и ++ имеют одинаковый приоритет и порядок выполнения - справа налево.

И наконец, так как указатели сами являются переменными, в тексте они могут встречаться и без оператора косвенного доступа. Например, если iq есть другой указатель на int, то

iq = ip;

копирует содержимое ip в iq, чтобы ip и iq указывали на один и тот же объект.

5.2 Указатели и аргументы функций

Поскольку в Си функции в качестве своих аргументов получают значения параметров, нет прямой возможности, находясь в вызванной функции, изменить переменную вызывающей функции. В программе сортировки нам понадобилась функция swap, меняющая местами два неупорядоченных элемента. Однако недостаточно написать

swap(a, b);

где функция swap определена следующим образом:

void swap(int х, int у) /* НЕВЕРНО */

{

 int temp;

 temp = х;

 x = y;

 у = temp;

}

Поскольку swap получает лишь копии переменных a и b, она не может повлиять на переменные a и b той программы, которая к ней обратилась. Чтобы получить желаемый эффект, вызывающей программе надо передать указатели на те значения, которые должны быть изменены:

swap(&a, &b);

Так как оператор & получает адрес переменной, &a есть указатель на a. В самой же функции swap параметры должны быть объявлены как указатели, при этом доступ к значениям параметров будет осуществляться косвенно.

void swap(int *px, int *py) /* перестановка *px и *py */

{

 int temp;

 temp = *рх;

 *рх = *py;

 *ру = temp;

}

Графически это выглядит следующим образом: в вызывающей программе:

Аргументы-указатели позволяют функции осуществлять доступ к объектам вызвавшей ее программы и дают возможность изменить эти объекты. Рассмотрим, например, функцию getint, которая осуществляет ввод в свободном формате одного целого числа и его перевод из текстового представления в значение типа int. Функция getint должна возвращать значение полученного числа или сигнализировать значением EOF о конце файла, если входной поток исчерпан. Эти значения должны возвращаться по разным каналам, так как нельзя рассчитывать на то, что полученное в результате перевода число никогда не совпадет с EOF.

Одно из решений состоит в том, чтобы getint выдавала характеристику состояния файла (исчерпан или не исчерпан) в качестве результата, а значение самого числа помещала согласно указателю, переданному ей в виде аргумента. Похожая схема действует и в программе scanf, которую мы рассмотрим в параграфе 7.4. Показанный ниже цикл заполняет некоторый массив целыми числами, полученными с помощью getint.

int n, array[SIZE], getint (int *);

for (n = 0; n ‹ SIZE && getint (&array[n]) != EOF; n++)

 ;

Результат каждого очередного обращения к getint посылается в array[n], и n увеличивается на единицу. Заметим, и это существенно, что функции getint передается адрес элемента array[n]. Если этого не сделать, у getint не будет способа вернуть в вызывающую программу переведенное целое число.

В предлагаемом нами варианте функция getint возвращает EOF по концу файла; нуль, если следующие вводимые символы не представляют собою числа; и положительное значение, если введенные символы представляют собой число.

#include ‹ctype.h›

int getch (void);

void ungetch (int);

/* getint: читает следующее целое из ввода в *pn */

int getint(int *pn)

{

int c, sign;

while (isspace(c = getch()))

 ; /* пропуск символов-разделителей */

 if (!isdigit(c) && c != EOF && c != '+ '&& c != '-') {

  ungetch (c); /* не число */

  return 0;

 }

 sign = (c == '-') ? -1 : 1;

 if (с == '+' || с == '-')

  с = getch();

 for (*pn = 0; isdigit(c); c = getch())

  *pn = 10 * *pn + (c -'0');

 *pn *= sign;

 if (c != EOF)

  ungetch(c);

 return c;

}

Везде в getint под *pn подразумевается обычная переменная типа int. Функция ungetch вместе с getch (параграф 4.3) включена в программу, чтобы обеспечить возможность отослать назад лишний прочитанный символ.

Упражнение 5.1. Функция getint написана так, что знаки - или +, за которыми не следует цифра, она понимает как "правильное" представление нуля. Скорректируйте программу таким образом, чтобы в подобных случаях она возвращала прочитанный знак назад во ввод.