1 il linguaggio c puntatori e dintorni. 2 puntatori : idea di base in c è possibile conoscere e...

1

Il linguaggio C

Puntatori e dintorni

2

Puntatori : idea di base

• In C è possibile conoscere e denotare l’indirizzo della cella di memoria in cui è memorizzata una variabile (il puntatore)• es :int a = 50; /* una var intera */

int * b; /* una var puntatore a interi */

...

b = &a; /* assegna a b l’indirizzo della cella in cui è memorizzata a */

3

Puntatori : idea di base (2)

• In C è possibile conoscere e denotare l’indirizzo della cella di memoria in cui è memorizzata una variabile (il puntatore)• es :int a = 50;

int *b;

…

b = &a;

50350

a è memorizzata nella cella 350

...450

4


• nometype * – è il tipo degli indirizzi delle variabili di tipo nometype

• es :int a = 50;

int * b;

…

b = &a;

50350

b è memorizzata nella cella 450 (&b)

...450

tipo dei puntatori a intero

5


• Operatore & – denota l’indirizzo della cella di memoria in cui è memorizzata una variabile (il puntatore)

• es :int a = 50;

int *b;

…

b = &a;

50350

Dopo questo assegnamento in b è memorizzato l’indirizzo di a

350450

6


• Operatore di dereferenziazione ‘ * ’– è possibile conoscere e/o modificare il contenuto di una variabile manipolando direttemente il suo puntatore

• es :int a = 50;

int *b = &a;

…

*b = *b + 4;

54350

Dopo questo assegnamento in a è memorizzato il valore 50 + 4

350450

Denota la variabilea indirizzo b

7

Puntatori : idea di base (6)• NULL

– costante predefinita (in stdio.h) che denota il puntatore nullo

• È possibile definire puntatori per tutti itipi base e le strutture con (*)– double *a, *b; /* ripetere ‘*’ */– int *a, b, c[4], **d; – struct studente * t1;

• Segnaposto ( %p )– stampa il valore dell’indirizzo in notazione esadecimale

8

Aritmetica dei puntatori

• È possibile scrivere espressioni puntatore usando alcuni degli usuali operatori aritmetici (+, -, --, ++)– int a[3],*p=&a[0];

……IN+12IN+8IN+4IN

a[2]a[1]a[0]

p contiene l’indirizzo IN

9

Aritmetica dei puntatori (2)

• È possibile scrivere espressioni puntatore usando alcuni degli usuali operatori aritmeticiint a[3],*p=&a[0];

p = p+1;


a[2]a[1]a[0]

p contiene l’indirizzo IN + 4

10


• È possibile scrivere espressioni puntatore usando alcuni degli usuali operatori aritmeticiint a[3],*p=&a[0];

p = p+1;

p--;


a[2]a[1]a[0]

p contiene l’indirizzo IN

11


• È possibile scrivere espressioni puntatore usando alcuni degli usuali operatori aritmetici (+, -, --, ++)int a[3],*p=&a[0];

p = p+1;

p--;

p+=3;


a[2]a[1]a[0]

p contiene l’indirizzo IN + 12(sizeof(int)==4…..)

12


• È possibile scrivere espressioni puntatore usando alcuni degli usuali operatori aritmetici (+, -, --, ++)int a[3],*p=&a[0],*q;

p = p+1;

p--;

q = p;

p+=3;

a[0] = p-q;


a[2]a[1]a[0]

A[0] contiene 3, numero di intmemorizzabili fra p e q

13

Puntatori e array….

• Il nome di un array, è il puntatore (costante) al primo elemento dell’array int a[3],*p=&a[0],*q;

q = a;


a[2]a[1]a[0]

q contiene l’indirizzo INa == IN

14

Puntatori e array…. (2)

• L’operatore [-] è una abbreviazione ….int a[3],*p=&a[0],*q, tmp;

/* i due stm che seguono sono equivalenti */

tmp = a[2];

tmp = *(a+2);

……a+3a+2a+1a

a[2]a[1]a[0]

15

Puntatori e array…. (3)• L’operatore [–] è una abbreviazione …. e può essere usato con una qualsiasi variabile puntatore

int a[3],*p=a,*q, tmp;

tmp = a[2];

tmp = p[2];

……a+3a+2a+1a

a[2]a[1]a[0]

16

Puntatori e array…. (4)• I seguenti frammenti di codice sono equivalenti :

int a[N],*p=a,*q, tmp;

int sum = 0;

/* versione 1 */

for(i=0;i<N;i++)

sum+= a[i];

/* versione 2 */

for(i=0;i<N;i++)

sum+= *(a+i);

17

Puntatori e array…. (5)• I seguenti frammenti di codice sono equivalenti (segue) :

int a[N],*p=&a[0],*q, tmp;

int sum = 0;

/* versione 3 */

for(i=0;i<N;i++)

sum+= p[i];

/* versione 4 */

for(p=a;p<(a+N);p++)

sum+= *p;

18

Puntatori e array…. (6)• Una riflessione sulle stringhe

– le stringhe sono array di caratteri

char a[7]=“ciao”;– le stringhe costanti possono essere definite anche come

const char * pp=“ciao”;

char * pp=“ciao”;• attenzione! Se a questo punto cercate di modificare un elemento di pp (es. pp[2]=`f`;) avete un errore a run time• mentre a[2]=`f`; è completamente corretto

19

Passaggio di parametri per riferimento

• Tutti i parametri delle funzioni C sono passati per valore – il loro valore viene copiato sullo stack– ogni modifica al parametro nel corpo della funzione non modifica l’originale

• è possibile realizzare passaggi per riferimento utilizzando i puntatori– i passaggi per riferimento permettono di modificare il valore di una variabile nell’ambiente del chiamante

20

Passaggio di parametri per riferimento (2)

• Esempio : la funzione che scambia fra loro i valori di due variabili :– si potrebbe pensare di programmarla come ...

void scambia (int x, int y){

int tmp;

tmp = x;

x = y;

y = tmp;

}

– e poi chiamare scambia(a,b)

21


• Esempio : la funzione che scambia fra loro i valori di due variabili :– si potrebbe pensare di programmarla come ...

void scambia (int x, int y){

int tmp;

tmp = x;

x = y;

y = tmp;

}

– non funziona! Perché lo scambio viene fatto sulle copie

22

Passaggio di parametri per riferimento (3.1)

• Esempio : la funzione che scambia fra loro i valori di due variabili :– esempio di chiamata

int a=4, b=5;

scambia (a,b);

45

45

Framechiamante

&a&b

Framescambia

&x&y

stack

23


• Esempio : la funzione che scambia fra loro i valori di due variabili :– alla fine dell’esecuzione di scambia (prima di ritornare al chiamante)

int a=4, b=5;

scambia (a,b);

45

54

Framechiamante

&a&b

Framescambia

&x&y

24


• Esempio : la funzione che scambia fra loro i valori di due variabili :– al momento di eseguire la printf() (il frame di scambia non e’ piu’ significativo)

int a=4, b=5;

scambia (a,b);

printf(“%d,%d”,a,b);

45

Framechiamante

&a&b

25


• Esempio : la funzione che scambia fra loro i valori di due variabili :– la versione corretta è ...

void scambia (int* x, int* y){

int tmp;

tmp = *x;

*x = *y;

*y = tmp;

}

– con chiamata scambia(&a,&b)

26


• Versione corretta di scambia ... :– esempio di chiamata

int a=4, b=5;

scambia (&a,&b);

45

&a&b

Framechiamante

&a&b

Framescambia

&x&y

stack

Ogni modifica a *x modificail valore di a nell’ambiente del chiamante

27


• Esempio : versione corretta di scambia ...– alla fine dell’esecuzione di scambia (prima di ritornare al chiamante)

int a=4, b=5;

scambia (&a,&b);

54

&a&b

Framechiamante

&a&b

Framescambia

&x&y

28


• Esempio : versione corretta di scambia...– al momento di eseguire la printf() (il frame di scambia non e’ piu’ significativo)

int a=4, b=5;

scambia (&a,&b);

printf(“%d,%d”,a,b);

54

Framechiamante

&a&b

29


• ATTENZIONE : gli array sono passati sempre per riferimento perchè quello che si passa è il nome dell’array void assegna (int x[]){

x[0] = 13;

}

– con chiamata int a[10];

assegna(a);

/* qua a[0] vale 13 */

30


• Inoltre : le due scritture void assegna (int x[]){

x[0] = 13;

}

– e void assegna (int* x){

x[0] = 13;

}

– sono del tutto equivalenti– si preferisce usare le prima per leggibilità

31


• Tipicamente le funzioni che lavorano su array hanno un secondo parametro che fornisce la lunghezza int somma (int x[], int l){

int i, s=0;

for(i=0;i<l;i++)

s += x[i];

return s;

}

– somma tutti gli elementi di un array intero di lunghezza l

32


• Per gli array multidimensionali la cosa è più complessa!!!! int somma (int x[][4], int l){

int i, j, s=0;

for(i=0;i<l;i++)

for(j=0;j<4;j++)

s += x[i][j];

return s;

}

– invece di 4 posso usare N costante

33


• Perché dobbiamo specificare l’ampiezza di una seconda dimensione di un array ? – Dipende dalla strategia di memorizzazione per gli array multidimensionali

• es: int a[2][3]={{1,2,3},{4,5,6};

123456

a&a[0][1]&a[0][2]&a[1][0]&a[1][1]&a[1][2]

a[i][j] ha come indirizzo a+i*3+j

100104108112116120

34


• Se non conosco la lunghezza della seconda dimensione il compilatore non riesce a generare codice corretto int somma (int x[][4], int l){

int i, j, s=0;

for(i=0;i<l;i++)

for(j=0;j<4;j++)

s += x[i][j];

return s;

}

35


• C’è un modo migliore di questo di rappresentare gli array multidimensionali in C, lo vediamo più avanti

36

E le strutture ???• Le strutture vengono sempre passate per valore• Se una struttura contiene un array l’array viene copiato!

– Attenzione quando si passano strutture con grossi campi array!

• Se voglio modificare una struttura devo sempre utilizzare i puntatori!

37

E le strutture ??? (2)• Es .

typedef struct studente {

char nom_cogn[40];

unsigned int matricola;

}studente;

void scambia (studente * s1, studente * s2);

38

E le strutture ??? (3)• Es .

void scambia (studente * s1, studente * s2){

…

(*s1).matricola = 4;

s1-> matricola = 4;

/*sono equivalenti */

}

39

E le strutture ??? (4)• Es . Come si dichiara una lista in C ?

– Usando i puntatoritypedef struct nodo {

struct nodo * next;

int info;

} nodo;

Mi serve il nome dellastruttura !

40

Allocazione dinamica della memoria

• La creazione di nuove variabili a run time (tipo new()), viene effettuata in C utilizzando le funzioni di libreria standard che permettono l’allocazione dinamica di porzioni contigue di memoria – malloc(), calloc(), realloc()– #include <stdlib.h> – es. Con queste primitive è possibile creare dinamicamente variabili e array di dimensione non nota a priori

41

Array dinamici -- malloc()• Vediamo come creare dinamicamente un array di 10 posizioni

int * a; /*conterrà il puntatore al

primo elemento dell’array*/

a = malloc(10*sizeof(int));

heap

40 byte

Punta all’indirizzo iniziale della nuovaarea allocata 100

96

42

Array dinamici -- malloc() (2)• Vediamo come creare dinamicamente un array di 10 posizioni




if(a==NULL) printf(“fallimento!\n”);

heap

Se malloc non riesce ad allocarel’area di memoria richiesta restituisce NULL(verificare …..)

43

Array dinamici -- malloc() (3)• Vediamo come creare dinamicamente un array di 10 posizioni





else {

a[4] = 345;

…

heapL’array si può accedere con i consuetioperatori (come se fosse statico)

40 byte10096

44

Array dinamici -- malloc() (4)• malloc() non inizializza la memoria a 0!

– Possiamo inizializzarla esplicitamente o– usare calloc()



a = calloc(10,sizeof(int));


else {

a[4] = 345;

…

45

Array dinamici -- realloc() • realloc() modifica la lunghezza di un’area allocata precedentemente

int * a, *b; /*puntatori al

primo elemento

dell’array*/


….

b = realloc(a,20*sizeof(int));

/* adesso b punta ad un’array di 20 elementi */

46

Array dinamici -- realloc() (2)

• Meglio usare sempre due puntatori diversi (a,b) !– Altrimenti in caso di fallimento NULL sovrascrive il vecchio puntatore

47

Array dinamici -- free() • Lo spazio allocato sullo heap non viene deallocato all’uscita delle funzioni

• La deallocazione deve essere richiesta esplicitamente usando free()int * a;


….

free(a);

/* se qua accedo di nuovo ad a

può succedere di tutto */

48

tipo puntatore generico: void*• non si può dereferenziare• è necessario un cast prima di manipolare la variabile puntata.

– Es :void * c;

int a;

c = &a;

*c = 5; /* scorretto*/

*(int *)c = 5; /* corretto*/

49

tipo puntatore generico: void* (2)• Serve a scrivere funzioni ‘polimorfe’ in modo un po’ brutale• Es :

– il tipo della malloc() èvoid * malloc (unsigned int size);

– quando scrivoint * a;


– viene effettuato un cast implicito a (int *)

50

tipo puntatore generico: void* (3)

• Tipi delle altre funzioni di allocazione e deallocazionevoid * calloc (unsigned int size);

void * realloc (void * ptr,

unsigned int size);

void free (void * ptr);

51

I puntatori a funzione• Consideriamo la funzione :

int somma (int x, int y){

return x+y;

}

– se proviamo ad eseguire printf(“%p”,somma);

otteniamo un valore esadecimale che rappresenta un indirizzo legale del nostro programma – ??????????????????????????

52

I puntatori a funzione (2)• Consideriamo la funzione :


return x+y;

}

Codice compilato di somma

IND

somma è un puntatore costante con valore pari a IND

53



return x+y;}

/* variabile di tipo funzione (int,int)->int */

int (*fun) (int,int);

int a;

fun = somma;

a = fun(3,5);

54



return x+y;}

/* variabile di tipo funzione (int,int)->int */

int (*fun) (int,int);

int a;

fun = somma;

a = fun(3,5);

Ma a che serve????????????

55

I puntatori a funzione (5)• Serve a definire funzioni che prendono come argomenti altre funzioni (di ordine superiore) :

void map (int (*fun) (int),

int x[], int l){

for(i=0;i<l;i++)

x[i] = fun(x[i]);

}

– è un iteratore che applica la funzione fun a tutti gli elementi dell’array x

56

I puntatori a funzione (6)• Esempio di uso della map :

int piu_uno (int x){

return x+1;}

int quad (int x){

return x*x;}

...

int a[3] = {3,4,5};

map(piu_uno,a,3); /* somma uno a tutti gli elementi */

map(quad,a,2); /* eleva al quadrato i primi due elementi */

57

Argomenti della linea di comando• Gli argomenti della linea di comando sono accessibili all’interno della funzione main()

– il SO li mette sulla pila prima di attivare il processo– il formato in cui sono resi disponibili è fisso

int main (int argc, char* argv [] ){

……

}

Numero di argomentinella linea di comando

Array di puntatoriagli argomenti(ciascuno è unastringa, tipo char*)

58

Argomenti della linea di comando (2)

• Un esempio :%> a.out una stringa per a.out

5

argc

argv p e r \O

a . o u t \O

s t r i n g

u n a \O

a \O

a . o u t \O

argv[0]

59

Argomenti della linea di comando (3)• Es. schema di programma che stampa gli argomenti sulla linea di comando :

int main (int argc, char* argv [] ){

……

for(i=0;i<argc;i++)

printf(“arg %d: %s”,i,argv[i]);

… …

}

60

Array multidimensionali come array di puntatori

• Vogliamo permettere la definizione di funzioni su array multidimensionali che non dipendono dal valore delle dimensioni successive alla primaint sum_mat (int ** MAT,

int n, int m){

…

}

Nome della matriceNumero di righe, colonne

61

Array multidimensionali come array di puntatori (2)

• Vogliamo accedere agli elementi dell’array usando la solita notazione [-][-]int sum_mat (int ** MAT,

int n, int m){

…

MAT[i][j] = …;

}

*(MAT + i*m + j)Il compilatore dovrebbe conoscere il legame fra questidue oggetti

62


• Una alternativa: abbandonare l’allocazione contigua per righe :

MAT

7 2 6 2

1 2 3 4

4 6 1 2

4 5 1 2

MAT[0]

MAT[1]3 5 7 9

MAT[2]

MAT[3]

MAT[4]

MAT[2][2]

63


• Una alternativa: vediamo i tipi ...

MAT

7 2 6 2

1 2 3 4

4 6 1 2

4 5 1 2

MAT[0]

MAT[1]3 5 7 9

MAT[2]

MAT[3]

MAT[4]

MAT[2][2]int**

int*[5]

int[4]

64

Array multidimensionali come array di puntatori (5)• Una alternativa: in memoria

non ho più aree contigue ...

MAT

1 2 3 4

4 6 1 2

MAT[0]

3 5 7 9

40 44 48 52

40 120140400 4

70 86827874

120 124 128 132 140 144 148 152

MAT[1] MAT[2]

indirizzo

valore

65


• Perché funziona?

int sum_mat (int ** MAT,

int n, int m){

…

MAT[i][j] = …;

}

*(*(MAT + i) + j)Questo legame non interessa più!

66


• Funzione di allocazioneint** mat_new(unsigned int m,

unsigned int n){int i, ** a, errore = FALSE;

a = malloc(m*sizeof(int*));

if (a==NULL) return NULL;

for(i=0;(i<m)&(!errore_riga); i++){

a[i] = malloc(n*sizeof(int));

if (a[i] ==NULL) errore = TRUE;

}

if (errore) /* ...gestione errori */

else return a;

}

67


• Funzione di deallocazione

void mat_free(int ** a, unsigned int m)

{

int i;

/* dealloco tutte le righe */

for(i=0;i<m; i++)

free(a[i]);

/* dealloco il vettore dei puntatori alle righe */

free(a);

}

68

assert()

• Permettono di fare controlli di consistenza a tempo di esecuzione– prevenire meglio che curare …– es. un indice i e’ davvero dentro i limiti

dell’array?int x, a[N], i;

……

assert(i<N);

x = a[i];

69

assert() (2)

#include <assert.h>

…

assert(expr);– se expr è falsa il sistema stampa un messaggio

di errore e termina– se expr è vera non ha alcun effetto!

70

assert() (3)• Le assert costano!• Quando usarle

– per effettuare controlli di consistenza dopo chiamate a codice complesso

• tipicamente non abbiamo i sorgenti (se è scritto da altri)• … e comunque anche se li abbiamo non è mai garantita la

correttezza!

– si controlla se i valori risultanti sono rispondenti alle specifiche fornite

– si controllano invarianti noti dell’applicazione che stiamo scrivendo

1 il linguaggio c puntatori e dintorni. 2 puntatori : idea di base in c è possibile conoscere e...

Documents