Mini-dispensa sui puntatori in C

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1 Mini-dispensa sui puntatori in C P. Zavarise Versione 1 ottobre 013 1

2 Valore e indirizzo di una variabile Ripassiamo il significato di dal punto di vista del programmatore. int a=; Viene creata una variabile di tipo int chiamata a che varrà. Ossia, viene creata una scatola in memoria chiamata a, della grandezza giusta in bytes per contenere un int (tipicamente 4 bytes sui processori moderni). Supponiamo che la scatola occupi gli indirizzi contigui di memoria che battezzeremo (appunto, 4 bytes). Il contenuto della scatola si chiama valore della variabile (Domanda: Quanto vale a? Risposta: ). La posizione della scatola nella memoria (per la precisione, del primo byte) si chiama indirizzo della variabile. (Domanda: Dove si trova a nella memoria? Risposta: all indirizzo 1345). int,4 bytes a è simpatico, ma poco realistico come indirizzo di memoria. Vedremo in seguito come si ricava l indirizzo di una variabile, che aspetto ha, e come si possa lavorare con gli indirizzi.

3 Indirizzo di una variabile. Operatori & e Come si ottiene l indirizzo di una variabile? Attraverso l operatore &, che va messo davanti al nome della variabile. &a restituisce l indirizzo della variabile a (e viene infatti chiamato operatore indirizzo). Ma che tipo restituisce questo operatore? E un numero? E una stringa? Che roba è? &a restituisce un puntatore, e per essere precisi un puntatore a una variabile int, perché a è di tipo int. Un puntatore a una variabile di tipo int viene indicato con int *, dove * non ha nulla a che fare con la moltiplicazione. Il valore di una variabile di tipo int * è quindi l indirizzo di memoria di una variabile di tipo int. Viceversa, se ho una variabile di tipo int *, come recupero il valore della variabile a cui fa riferimento? Attraverso l operatore *. (*(&a)) è equivalente ad a. * è l operatore inverso di &, e viene chiamato operatore dereferenza. 3 int main () { 4 int a =; 5 int *b=&a; 6 printf ("%d\n", a); 7 printf ("%d\n", *b); 8 printf ("%d\n", *(& a)); 9 } Output: Nell esempio, b è una variabile di tipo int *, ossia un puntatore a una variabile di tipo int. *b è una variable di tipo int, ed è la variabile puntata da b, ossia a. b int,sizeof (int ) &a &b int,4 bytes b a &a Un puntatore puo anche non puntare a niente, e questo si ottiene scrivendo b=null oppure b=0. 3

4 Visualizzazione e dimensioni di un puntatore 3 int main () { 4 int a =; 5 int * b=&a; 6 7 printf ("%d\n", a); 8 printf ("%p\n", ( void *)b); 9 10 int dimensionedia = sizeof (a); 11 printf ("%d\n", dimensionedia ); 1 int dimensionedib = sizeof (b); 13 printf ("%d\n", dimensionedib ); 14 } Output (64bit): 0x7fff79a300c 4 8 Output (3bit): 0xffde335c 4 4 Chiaramente questi output sono possibili : gli indirizzi delle variabili potrebbero variare ad ogni esecuzione del programma. Notiamo che per visualizzare una variabile puntatore con printf si usa %p. Secondo lo standard C più moderno, il puntatore nel printf deve subire un casting (void*) puntatore di tipo indefinito, altrimenti il compilatore scriverà un warning. Notiamo che printf scriverà un espressione esadecimale il cui significato preciso non ci interessa, dipende da un sacco di cose. Quello che ci interessa è che se il programma è compilato a 64 bit, la dimensione del puntatore è 8 byte=64 bit, mentre se è compilato a 3 bit, la dimensione del puntatore è 4 byte=3 bit. Se avete più di 4 GB di RAM sul computer, state probabilmente usando Windows a 64 bit. Con 3 bit infatti si indirizzano 3 bytes=4 GB, il resto della memoria sarebbe inutilizzato. 4

5 Vettori e puntatori Vediamo come si dispongono in memoria gli elementi di un vettore. 3 int main () { 4 int vettore [3]={0,1,}; 5 printf ("%d %p\n", vettore [0], ( void *) (&( vettore [0]) )); 6 printf ("%d %p\n", vettore [0+1], ( void *) (&( vettore [0+1]) )); 7 printf ("%d %p\n\n", vettore [0+], ( void *) (&( vettore [0+]) )); 8 printf ("%d %p\n", *(&( vettore [0]) ), ( void *) (&( vettore [0]) )); 9 printf ("%d %p\n", *(&( vettore [0]) +1), ( void *) (&( vettore [0]) +1) ); 10 printf ("%d %p\n\n", *(&( vettore [0]) +), ( void *) (&( vettore [0]) +) ); 11 int * a=&( vettore [0]) ; 1 printf ("%d %p %d\n", a[0], &(a [0]) ); 13 printf ("%d %p %d\n", a [0+1], &(a [1]) ); 14 printf ("%d %p %d\n", a [0+], &(a []) ); 15 } Possibile output: 0 0xfff4fb54 1 0xfff4fb58 0xfff4fb5c 0 0xfff4fb54 1 0xfff4fb58 0xfff4fb5c 0 0xfff4fb54 1 0xfff4fb58 0xfff4fb5c Dalle prime 3 righe dell output, è chiaro che gli indirizzi corrispondenti a elementi consecutivi del vettore sono distanti 4 bytes, perché un int occupa 4 bytes. Dalle seconde 3 righe, si vede cosa succede aggiungendo un numero n a un puntatore. Questo viene modificato di n sizeof (int), ossia 4*n. Ossia &(vettore[0])+1=&(vettore[1]). Insomma, tornando all esempio, &(vettore[0])+1 non fa 0xfff4fb55, ma fa 0xfff4fb58. E per questo che i puntatori contengono l informazione del tipo della variabile a cui si riferiscono (ad esempio, int *): per poter fare questo tipo di operazioni. Infine le ultime tre righe. I puntatori supportano l operatore [] tipico dei vettori! Dato int* a, avremo a[0]=*a, a[1]=*(a+1), a[]=*(a+)... In questo caso, tutto sembra sensato perché a[0] è l inizio di un vettore, ma attenzione, questo formalismo funziona in generale! 5

6 Investigare la memoria Applicazione. Sappiamo che un int, facciamo unsigned per semplicità, occupa 4 bytes. Dati alcuni interi, investighiamo il valore dei 4 bytes che descrivono l intero in memoria. 3 void visualizza ( unsigned int valore ) { 4 unsigned char * indirizzo =( unsigned char *)& valore ; 5 printf (" %10u ---> %3u %3u %3u %3u ---> %10u\n", valore, indirizzo [0], indirizzo [1], indirizzo [], indirizzo [3], indirizzo [0]+56* indirizzo [1]+56*56* indirizzo []+56*56*56* indirizzo [3]) ; 6 } 7 8 int main () { 9 unsigned int esempi []={0, 1, 56, 65536, , }; 10 for ( int contatore =0; contatore <6; contatore ++) { 11 visualizza ( esempi [ contatore ]); 1 } 13 } Output (su architettura x86): 0 ---> > > > > > > > > > > > Abbiamo preso l indirizzo della variabile valore, e lo abbiamo trasformato da (unsigned int*) a (unsigned char*). Questo ci ha permesso di guardare un byte alla volta. Le architetture x86 e x86-64 sono Little Endian, che significa che i bytes meno significativi, quelli pesati per una potenza di 56 più piccola, sono messi prima in memoria. 6

7 Passaggio di valori alle funzioni Tutti voi sapere passare valori alle funzioni. Vediamo di approfondire. 3 void calcolasuccessivo ( int parametro ) { 4 parametro=parametro +1; 5 printf ("%d\n", parametro ); 6 } 7 8 int main () { 9 int a =1; 10 printf ("%d\n", a); 11 calcolasuccessivo (a); 1 printf ("%d\n", a); 13 } Output: 1 1 1) Quando viene chiamata la funzione, viene creata una variabile parametro nella memoria. Nella variabile parametro viene copiato il valore della variabile a ) La variabile parametro viene alterata all interno della funzione. 3) Quando termina la funzione, la variabile parametro viene distrutta. Il contenuto della variabile a non viene toccato, e quindi l ultimo numero scritto sarà 1. Alla funzione abbiamo passato il valore della variabile a, e solo il valore, che viene copiato nella variabile parametro. 7

8 Passaggio di riferimenti alle funzioni Vediamo ora qualcosa di quasi nuovo 3 void calcolasuccessivo (int * parametro ) { 4 * parametro=* parametro +1; 5 printf ("%d\n", * parametro ); 6 } 7 8 int main () { 9 int a =1; 10 printf ("%d\n", a); 11 calcolasuccessivo (&a); 1 printf ("%d\n", a); 13 } Output: 1 1) Quando viene chiamata la funzione, viene creata una variabile parametro nella memoria, che contiene un valore di tipo int*. ) Nella variabile parametro viene copiato il valore &a, ossia l indirizzo della variabile a. 3) Viene modificato il valore della variabile puntata dalla variabile parametro, ossia il valore della variabile a. 4) Quando termina la funzione, viene distrutta la variabile parametro. Il valore della variabile a è stato modificato! Quindi l ultimo numero scritto sarà. Alla funzione abbiamo passato l indirizzo della variabile a! Già conoscevamo l esempio di scanf( %d, &a). Se si vuole che le funzioni restituiscano informazioni, o le si mette nella variabile di ritorno della funzione (return...), oppure si passa alla funzione gli indirizzi delle variabili che la funzione deve modificare. 8

9 Passaggio di array alle funzioni, 1/ 3 void riempivet ( int vet [], int dim ) { 4 for ( int i =0; i<dim ; i ++) { 5 vet [i]=i; 6 } 7 printf ("4) %d\n", ( int ) sizeof ( vet )); 8 printf ("5) %p %p\n", ( void *)&vet, ( void *) vet ); 9 printf ("6) %p\n", ( void *) &( vet [0]) ); 10 } 11 1 void scrivivet ( int vet [], int dim ) { 13 for ( int i =0; i<dim ; i ++) { 14 printf ("%d", vet [i]); 15 } 16 printf ("\n"); 17 printf ("7) %d\n", (int ) sizeof (vet )); 18 printf ("8) %p %p\n", ( void *)&vet, ( void *) vet ); 19 printf ("9) %p\n", ( void *) &( vet [0]) ); 0 } 1 int main () { 3 int n =5; 4 int miovet [5]; 5 printf ("1) %d\n", (int ) sizeof ( miovet )); 6 printf (") %p\n", ( void *)& miovet ); 7 printf ("3) %p\n", ( void *) &( miovet [0]) ); 8 riempivet ( miovet, n); 9 scrivivet ( miovet, n); 30 } Avrete probabilmente già visto un esempio di questo tipo. Allochiamo un vettore di interi avente dimensione 5, e riempiamolo con i numeri da 0 a 4. Mettiamo qualche printf sparso per capire cosa succede. Possibile output: 1) 0 ) 0xfff33f9c 3) 0xfff33f9c 4) 4 5) 0xfff33f80 0xfff33f9c 6) 0xfff33f9c ) 4 8) 0xfff33f80 0xfff33f9c 9) 0xfff33f9c 9

10 Passaggio di array alle funzioni, / In generale, dovreste avere esperienza che i valori dell array passato alle funzioni vengono alterati dalle funzioni tipo riempivet, e questo già vi dovrebbe far sospettare che c entri un passaggio di indirizzi. Vediamo di capire l output precedente. 1) Nel main, abbiamo creato miovet, che ha dimensione 0 (5 interi da 4 bytes, sizeof applicato ad un array funziona in questo modo). -3) L indirizzo di miovet è lo stesso dell indirizzo del primo elemento del vettore, ossia di miovet[0]. 4) Abbiamo passato il vettore alla funzione riempivet. Notiamo però che vet ha dimensione 4, e questo ci fa gia sospettare che si tratti di un puntatore. 5) La conferma arriva dalla riga 5. L indirizzo di vet è nuovo, ossia è stata creata una nuova variabile di tipo int*, chiamata vet, che contiene l indirizzo di miovet[0]. 6) vet[0] mostra lo stesso indirizzo di miovet[0], quindi cambiando vet cambia anche miovet. *vet e equivalente a vet[0]. 7-9) Considerazioni analoghe a 4-6. Sostanzialmente, il concetto è che quando si passa un array, quello che viene passato è l indirizzo del primo elemento. 10

11 Esempio facilissimo sui puntatori Due esempi di realizzazione di una funzione somma di due numeri. A sinistra è banale, a destra il risultato viene memorizzato nella variabile all indirizzo passato in input. 3 int somma ( int v1, int v) { 4 return v1+v; 5 } 6 7 int main () { 8 int a=1, b =; 9 printf (" apiub =%d\n", somma (a, b)); 10 } 3 void somma ( int v1, int v, int * risultato ) { 4 * risultato =v1+v; 5 } 6 7 int main () { 8 int a=1, b =; 9 int apiub ; 10 somma (a, b, & apiub ); 11 printf (" apiub =%d\n", apiub ); 1 } Output: 3 11