Corso di Fondamenti di Informatica. Puntatori e Allocazione Dinamica

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1 Corso di Fondamenti di Informatica Puntatori e Allocazione Dinamica

2 I puntatori (Richiamo) Il C++ prevede puntatori a dati di qualsiasi natura, semplici o strutturati e puntatori a funzione. In particolare il puntatore viene utilizzato: per il riferimento a variabili dinamiche; per il riferimento a funzioni; per gli array, in particolare per l'elaborazione di stringhe; per i parametri formali di funzione, in alternativa allo scambio per riferimento; per il riferimento a locazioni specifiche della memoria, associate a dispositivi hardware ad esempio per l ingresso-uscita

3 I puntatori: notazioni in C++ (Richiamo) p è un variabile di tipo puntatore p=&x al puntatore p viene assegnato l indirizzo di x *p denota la variabile puntata da p Esempio: Sia x una variabile di indirizzo 127 e valore 0,3; p è un puntatore ad x; &p= &x=

4 I puntatori: operazioni (Richiamo) char* pc; //pc è un puntatore a variabile di tipo carattere int* pi; //pi è un puntatore a variabile di tipo intero float* pf; //pf è un puntatore a variabile di tipo float double* pd; //pd è un puntatore a variabile di tipo doppia precisione C++ tratta esplicitamente le espressioni di tipo puntatore. In particolare sono previsti i seguenti operatori: l operatore di assegnazione tra puntatori che puntano allo stesso tipo T*; gli operatori unari di incremento ++ e decremento -- unitari (in forma prefissa e postfissa ++p, p++, --p, p--); l'operatore di somma o differenza tra un puntatore ed un intero (p+i punta all'elemento che segue di i posizioni quello puntato da p);

5 I puntatori: operazioni T * p; p=p+1; p=p+sizeof(t); L incremento a p è tale che p+1 punta all area di memoria immediatamente successiva a quella impegnata dall elemento puntato da p. sizeof(t) è un operatore che applicato al nome di un tipo restituisce il numero di byte necessario alla rappresentazione in memoria di una variabile di quel tipo Questa tecnica è particolarmente utile per i puntatori ad array

6 I puntatori a dati strutturati Un puntatore può puntare a variabili strutturate (di tipo array o record). Esamineremo i seguenti casi: puntatore ad array; puntatore a record; Tra i casi elencati, il puntatore ad array può utilmente essere sostituito dalla notazione a[i] tipica degli array

7 I puntatori ad array Un puntatore ad un array a è una variabile che punta alla prima locazione dell'array (a[0] in C++); considerando che i successivi elementi dell'array sono allocati in posizioni contigue, esso consente di puntare anche a tutti gli altri elementi dell'array. T a[dim]; // a è un array di dim elementi di tipo T T* p ; // p è un puntatore a T p=a; p=&a[0]; Un puntatore ad array è dunque di per sé un puntatore al tipo T degli elementi dell'array

8 I puntatori ad array: esempio const int dim=100; float a[dim]; // a è un array di dim elementi di tipo float float* p ; // p è un puntatore a float //azzeramento di tutti gli elementi di un array di 100 elementi for (float* p = a, int i=0; i<dim; i++, p++) *p= 0;

9 Stringhe e Puntatori Una costante stringa viene memorizzata come array di caratteri con l'aggiunta di un carattere nullo alla fine della stringa. Poiché un puntatore a char può contenere l'indirizzo di un char, è possibile definire: char* stringa = "Hello World"; Che equivale a: char* stringa; stringa = "Hello Word";

10 Esempio strlen (ver. 1) int strlen(char *s) { char* start = s; while (*s++); return s-start; }

11 strcmp (ver. 1) int strcmp(unsigned char *s1,unsigned char *s2) { while (*s1 && *s2 && *s1 == *s2) s1++, s2++; return (*s1 - *s2); } Distanza tra stringhe

12 Strcpy (vers. 1) void strcpy(char *dest,char *src) { while (*dest++ = *src++) ; }

13 Puntatori a record Un puntatore ad un record è una variabile che punta all'indirizzo di memoria ove il record è allocato; esso è molto utile nella realizzazione dei tipi dinamici // Dichiarazioni di un tipo strutturato Ts struct Ts { // Ts è un tipo strutturato D1;...; Dn ; }; Ts r ; // r è variabile di tipo Ts La funzione di accesso al singolo campo del record è l operatore punto (.). Per accedere al campo D1 della variabile r la sintassi è: r.d1 // Dichiarazione di variabile di tipo puntatore a Ts Ts* p;

14 Puntatori a record Ts* p = &r; // p è una variabile puntatore inizializzata ad r p può essere ridefinito nel corso del programma p= &r1; //ora p punta alla variabile r1 di tipo Ts Accesso alla singola componente di un record attraverso il puntatore a record: (*p).di; p->di;

15 Puntatori a record: un esempio // Definizione di tipo struttura: struct Abbonati { // definisce struttura di nome Abbonati char[10] nominativo; char[10] indirizzo; int numtel ; }; // Definizione di variabili Abbonati a; // a una variabile di tipo Abbonati Abbonati * p= &a; // p puntatore al tipo Abbonati, è // inizializzato con l indirizzo di a // Accesso alla componente nominativo mediante puntatore p->nominativo;

16 Variabili e strutture dinamiche La gestione delle variabili dinamiche è resa possibile dalla disponibilità dei seguenti meccanismi linguistici: variabili di tipo puntatore; operatore new operatore delete

17 Operatore new T* p = new T; //alloca memoria sufficiente a contenere un // oggetto di tipo T e restituisce puntatore T* p1 =new T[n]; //alloca memoria sufficiente a contenere n // elementi di tipo T e restituisce puntatore In fase di esecuzione, new alloca un'area di memoria sufficiente ad ospitare un valore del tipo T e restituisce il puntatore a tale area; il tipo T definisce implicitamente l'ampiezza dell'area di memoria occorrente. Nel caso in cui l allocazione dell area richiesta non sia possibile, l operatore new restituisce il valore NULL

18 Operatore delete delete p; //dealloca area puntata da p delete [] p1; //dealloca tutto l'array precedentemente allocato Produce la deallocazione dell'area di memoria puntata dalla variabile p, cioè annulla l'allocazione, rendendo nuovamente disponibile lo spazio di memoria prima occupato.

19 Allocazione della memoria Area progr. Area dati statici Area heap Area stack 10 void main() { int *p; p=new int; *p=20; delete p; }

20 Allocazione delle variabili dinamiche Esempio Area codice Area dati statici void main() { int *p; //var. autom. Area heap Area stack p 100 } p=new int; *p=34; delete p; Il puntatore p è una variabile automatica, quindi allocata in area stack. Dopo l istruzione new, p punta ad una locazione nello heap atta a contenere un intero

21 Allocazione dinamica di un vettore Con l allocazione dinamica di un vettore il puntatore restituito è quello all'indirizzo del primo elemento del vettore, pertanto è di tipo T* se T è il tipo degli elementi del vettore float* a= new float[n]; Il riferimento agli elementi del vettore viene espresso a mezzo della consueta notazione con indice a[i] = 10.0 *(a+i)=10.0 delete [] a; //cancella l'intero vettore precedentemente allocato

22 Esempio: // allocazione del vettore con deallocazione ed esempio di leak memory #include <iostream> #include <math.h> #include <stdlib.h> using namespace std; int main(void) { int *vett; int n = ; while (true) { vett = new int[n]; cout << "allocati " << n*sizeof(int) << " byte" << endl; } delete [] vett; cout << "deallocati " << n*sizeof(int) << " byte" << endl; } return 0;

23 Allocazione dinamica di una stringa Con l allocazione dinamica di una stringa il puntatore restituito è quello all indirizzo del primo elemento della stringa. Pertanto è di tipo char * char* s= new char[n+1]; L istruzione precedente alloca spazio per una stringa di n caratteri più il terminatore Valgono le stesse considerazioni fatte per i vettori

24 Esempio: #include <iostream> #include <stdlib.h> using namespace std; int main(int argc, char *argv[]) { char * stringa; int n; cout << "\n quanto e' lunga la stringa che vuoi inserire?"; cin >> n; stringa = new char[n+1]; cout << "\n inserisci la stringa: "; cin.ignore(); cin.getline(stringa,n+1); //inserisce il terminatore cout << "\n hai inserito: "; cout << stringa; system("pause"); return 0; }

25 Allocazione dinamica di un record L'allocazione dinamica di un record avviene analogamente attraverso l'uso dell'operatore new Indicato con R un tipo record e con r un puntatore ad R, si ha: R* r = new R;

26 Esempio: #include <iostream> #include <math.h> #include <stdlib.h> using namespace std; struct Punto { float X; float Y; }; int main(void) { Punto P1; // allocazione statica P1.X=0.0; P1.Y=0.0; Punto * PuntP; PuntP=new Punto; PuntP->X=3; // (*PuntP).X PuntP->Y=4; // (*PuntP).Y cout << "\n le coordinate del punto P1: " << P1.X << "," << P1.Y; cout << "\n le coordinate del punto allocato dinamicamente: " << PuntP->X << "," << PuntP->Y; } system("pause"); return 0;

27 Errori comuni con puntatori e variabili dinamiche Tipici errori quando si usa l allocazione dinamica sono: Dimenticare di allocare un dato nello heap e usare il puntatore come se lo stesse riferendo (produce un effetto impredicibile) Dimenticare di restituire la memoria allocata quando non serve più (rischio di memory leak) Tentare di usare dati dinamici dopo che sono stati deallocati Invocare delete più di una volta sullo stesso dato

28 Riferimenti Da C++ a UML Capitolo 8; 1, 2, (Richiamo) Capitolo 8; 8.3.5, 8.4 Da Fondamenti di Informatica II Parte II, Capitolo VII, 6 (Richiamo) Parte II, Capitolo VIII, 2 (Richiamo)