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.

#include<stdio.h> int main() { int a = 42; printf("adres zmiennej a %p\n", &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 taki adres przypisać do zmiennej wskaźnikowej i korzystać z tej zmiennej gry potrzebujemy dostępu 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.

#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:

#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 przypisania poprawnego 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 zwieksz, która przyjmuje w argumencie wskaźnik zmiennej (int * a) a następnie odnosząc się przez dany adres zwiększa wartość o 1.

#include<stdio.h> void zwieksz(int *a) { *a = *a + 1; } int main() { int a = 1; zwieksz( &a ); printf("a = %d\n", a); }

Wynik działania programu:

a = 2

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.

Ćwiczenie - zamiana wartości

Napisz funkcję zamień(), która zamienia wartości 2 zmiennych podanych w argumentach.
Przetestuj działanie funkcji w programie, który wczyta 2 liczby do zmienneych a nastepnie zamieni ich wartości korzystając z funkcji zamień()

Ćwiczenie - 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

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 - Rzut ukośny

Napisz funkcję o nazwie rzut(), która wyznacza położenie oraz prędkość w chwili obiektu rzuconego z prędkością początkową pod kątem . Funkcja powinna spełniać poniższą specyfikację.

Argumenty funkcji: funkcja posiada 5 argumentów:

wartość określająca prędkość obiektu w chwili

wartość określająca kąt w radianach pod jakim rzucono obiekt

wartość czasu

adres zmiennej x, do której funkcja wstawi wartość położenia obiektu w chwili

adres zmiennej y, do której funkcja wstawi wartość wysokości obiektu w chwili

Wartość zwracana: funkcja zwraca wartość prędkości chwilowej w kierunku pionowym w chwili .

Położenie obiektu po czasie dane jest wzorem

Prędkość chwilowa w kierunku pionowym po czasie wynosi

gdzie oznacza przyspieszenie ziemskie. Przyjmij .

Napisz program, który wykorzysta funkcję rzut() do wypisania położenia oraz prędkości rzuconego obiektu w kolejnych momentach rzutu ukośnego. Po uruchomieniu program pobiera od użytkownika następujące dane: prędkość początkową , kąt rzutu oraz wielkość kroku czasowego . Następnie program wypisuje w kolejnych liniach położenie obiektu oraz prędkość w kolejnych odstępach czasu , począwszy od momentu startu aż do momentu upadku przedmiotu, tzn. dopóki .

Przykładowy wynik działania programu:

predkosc poczatkowa: 42
kat rzutu: 0.8
krok czasu: 0.5
t x y v
0.00 0.00 0.00 30.13
0.50 14.63 13.84 25.23
1.00 29.26 25.23 20.33
1.50 43.89 34.17 15.43
2.00 58.52 40.66 10.53
2.50 73.15 44.70 5.63
3.00 87.79 46.29 0.73
3.50 102.42 45.43 -4.17
4.00 117.05 42.12 -9.07
4.50 131.68 36.36 -13.97
5.00 146.31 28.14 -18.87
5.50 160.94 17.48 -23.77
6.00 175.57 4.37 -28.67

Rozwiązanie (plik źródłowy) umieść w Moodle pod adresem https://moodle.umk.pl/WFAIIS/mod/assign/view.php?id=7533