This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Unported License.

Transcription

1 C-Programiranje Lekcija 3.3 Uvod u pointere (pokazivace) This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Unported License. Sta su to pointeri? Ako postoji tema, koja razlikuje C od drugih programskih jezika, onda su to zasigurno pointeri tj. pokazivaci. Razlozi su kako tehnicke, tako i historijske prirode. Tehnicki gledano, C je vrlo blizu masini i njime se moze bez problema pritisnuti pedal to the metal da bi se postigao zeljeni efekat. Historijski gledano, C dolazi iz svijeta, kojeg vec odavno nema na vidljivom planu, ali ciji korijeni i dan danas odredjuju nasi moderni digitalni svijet. Dakle, bilo koji uredjaj da uzmete u ruke, koji god operativni system da koristite, bio to laptop, handheld, smartphone ili sasvim obicna kanta, sve one baziraju na istim principima. To sto je taj svijet danas mnogo manje vidljiv, no sto je bio jos sezdesetih i sedamdesetih zadnjeg stoljeca, ne znaci da on vise ne postoji. Naprotiv, itekako je tu i najjace se pokazuje kada vam iskezi zube u slucaju pada sistema ili neke greske u programu. Dakle, pointeri se baziraju na tim dvjema cinjenicama i svako ko zna da barata s njima, bit ce ne samo u stanju da pise vrlo dobre C-programe, nego stavise da nauci koristiti bilo koji od modernijih programskih jezika, koji vecinom baziraju na C-u ili nekom od njegovih derivata, poput C++, Java itd. Uostalom, i trenutacno najmoderniji produkti poput Apple-ovog iphone-a se programiraju iskljucivo u Objective-C dijalektu. Dakle, C i nije bas toliko staromodan, nego su njegovi korijeni duboko zakopani iza sarolikih reklama, svakakvih igrica i jos mnogo drugih mogucnosti da potrosite vrijeme (a usput i platite koji dinar za tu vrstu dangubljenja). Odgovor na uvodno pitanje daje jedno drugo pitanje: Sta je to radna memorija tj. RAM? Svi oni, koji su citali uvodnu lekciju, gdje je ona bila opisana kao tabla razdijeljena na blokove, vec znaju odgovor. Kombinirajuci to znanje, odgovor je jednostavan: Pointeri su varijable, koji sadrze memorijske adrese. Dakle, adrese tih istih blokova, koje smo upoznali u ranijim lekcijama. Najcesce su te adrese vezane za vec definirane varijable, tako da su pointeri varijable, koje sadrze adrese drugih varijabli. Matematicki gledano su pointeri tzv. indirekcije, jer se na odredjene vrijednosti, recimo neki broj pohranjen u nekoj varijabli, ne ide direktno, putem imena te varijable, nego indirektno putem pointera. Pogledajmo ovu sliku: 1

2 U memoriji se nalaze dvije varijable: X i X1. X je obicna varijabla, nekog tipa, i sadrzi neku vrijednost u sebi. Recimo, ona je tipa int i sadrzi broj 10 u sebi. Varijabla X1 je specijalna, posto ne sadrzi neku vrijednost u sebi, kao npr. neki broj, nego adresu jedne druge varijable. U ovom slucaju je to pozicija 2C, gdje se nalazi varijabla X. Dakle, pointer X1 zna gdje se u radnoj memoriji X nalazi. Koju trenutacnu vrijednost X posjeduje ne stoji u pointeru. Da bi se i to saznalo mora se ici ili direktno na tu varijablu, putem njenog imena, kao sto smo to do sada i cinili, ili putem indirekcije, dakle preko pointera, sto je novina, koju cemo sada da upoznamo. Pogledajmo jedan primjer s pointerom. int x = 10; int *x1 = &x; printf( Vrijednost u varijabli x je %d, x); printf( Vrijednost u varijabli x1 je %d, x1); Rezultat ovog programa bi bio slican jednom ovakvom rezultatu. Prva informacija nam vraca definiranu vrijednost 10, a druga informacija sadrzi jedan potpuno neocekivani rezultat. Rezultat je isto tako broj, samo sto on odgovara fizickoj adresi u memoriji masine. Dakle, nesto sto se ne mijenja. Isto kao sto se npr. ulicne adrese ne mijenjaju, nego samo 2

3 njihovi stanari. Dakle, na gornjoj adresi se trenutacno nalazi varijabla zvana x, koja u sebi, dakle na toj adresi, sadrzi vrijednost 10. Kada sljedeci put startamo ovaj program, bez da ga promijenimo, onda bi vrijednost varijable x jos uvijek bila 10, ali adresa na kojoj se nalazi bi najvjerovatnije bila neka druga. To sve zavisi od masine i koje pozicije u njenon radnoj memoriji su trenutacno slobodne. Ipak, pointer x1 bi jos uvijek pokazivao na pravu adresu, kako god da racunar i postavi sve te varijable. Kako je to moguce da pointer x1 uvijek pogodi pravu adresu varijable x? Rjesenje lezi u deklaraciji pointera x1, direktno ispod deklaracije varijable x. int *x1 = &x; Neki ce sada mozda kazati: Kako je to moguce da se i znak zvjezdice i znak ampersand (&) nalaze u jednom izrazu? Kao sto smo u ranijim lekcijama vidjeli na primjeru funkcije scanf, unarni operator & se koristi da bi se dobila adresa varijable. Isto tako smo upoznali i drugi operator *, koji se u razlicitim kontekstima koristi u razlicite svrhe. Ponekad kao multiplikator, kada pomnozimo dva broja, a ponekad, kao na ovom primjeru, u smislu deklaracije pointera! Dakle, i zvjezdica je, zavisno od konteksta, ponekad unarni operator, jer potrebuje samo jedan operand. U ovom primjeru je to sam pointer x1. Isto tako se nadam, da se sjecate savjeta da u slucajevima kada nista vise ne razumijete jednostavno pocnete citati C-kod naopacke, dakle s desna nalijevo. Pokusajmo to na ovom primjeru: Od varijable x uzmi adresu (&) i pohrani je (=) u x1, koji je pointer (*) tipa int. Ako smo pointere definirali kao varijable, koje sadrze adrese drugih varijabli, onda je ova zadnja recenica potpuno legitimna. Na ovakav nacin se definiraju i deklariraju pointeri. Naravno, definicija moze biti i mnogo ranije, prije nego pointeru date neku adresu na cuvanje. Ono sto je svakako jos bitno za zapamtiti je, da pointeri moraju da odgovaraju tipu varijabli cije adrese bi trebali da sadrze. Dakle, pointer tipa int moze samo da drzi adrese varijabli tog tipa. Isto to vazi i za sve ostale tipove poput long, float, double itd. Postoji jedan specijalan tip pointer-a, zove se void*, koji ne odaje tip varijable na koju pokazuje, ali sadrzi njenu adresu u sebi. O njemu cemo se pozabaviti u kasnijim lekcijama, posto void* ne moze biti upotrebljen za dereferenciranje, jer bukvalno ne znate u sta da pretvorite vasu adresu? Da li je vrijednost na koju pokazujete int, char, byte ili cak neka kompleksna struktura? Prije nego sto dotaknemo void* (na engleskom nista ), bolje nam je da se prvo pozabavimo definicijom pojma dereferenciranje. Sta je to dereferenciranje? I ovdje treba odgovor potraziti u jednom dodatnom pitanju: Sta je to referenciranje? Odgovor je banalan: Sve ono sto definira pointer je referenciranje. Referencirati nesto znaci, odnositi se na nesto drugo, a ne na sebe. U vezi pointera to je jasna cinjenica, posto pointeri: a) ne sadrze vrijednosti, kojima se moze direktno baratati b) sadrze vrijednosti, koje se koriste da bi se dossjelo do pravih vrijednosti, koje se nalaze negdje drugdje u memoriji. Dakle, pointeri sadrze memorijske adrese, koje nemaju nikakve veze sa trenutacnim vrijednostima, koje su polozene na njihova mjesta od strane racunara. c) imaju isti tip kao i vrijednosti na memorijskim adresama na koje pokazuju. Referencirati nesto u memoriji znaci znati, kojeg tipa je to nesto i na kojoj adresi u memoriji ono nalazi, bez da se brinemo o tome, kakva kvalitativna vrijednost se trenutacno na tom mjestu nalazi. Ovaj zadnji korak se ispunjava tek putem dereferenciranja, kada se pitamo: Koja vrijednost tog tipa se 3

4 nalazi na mjestu na koje pokazujemo putem ovog pointera? Odgovor na gornje pitanje u vezi dereferenciranja je dakle: Dereferenciranje je koristenje vrijednosti u pointeru (dakle, koristenje adrese varijable na koju pointer pokazuje) da bi se dospjelo do nje i iscitala njena trenutacna vrijednost. Kada pogledamo nas zadnji primjer C-koda, vidimo da vrijednost 10 iz varijable x biva samo jednom izbacena: onda kada samu varijablu x koristimo u funkciji printf da bi izbacili njenu vrijednost. Poslije toga ispitujemo sadrzaj vrijednosti u pointeru x1, koji nije isti kao i kod varijable x, posto se ovdje radi o adresi varijable x, a ne o njenom sadrzaju. Dakle, ovdje (jos) ne koristimo pointer za dereferenciranje. Kako da sada iskoristimo pointer u te svrhe? Promijenimo C-kod za samo jedan znak, plus malu izmjenu popratnog teksta, koja nema tehnicki uticaj na rad s pointerom, i pogledajmo efekat: Umjesto: printf( Vrijednost u varijabli x1 je %d, x1); Postavimo: printf( Vrijednost poslije dereferenciranja x1 je %d, *x1); Rezultat je sada sljedeci: Dakle, samo mala promjena programskog koda kroz dodavanje zvjezdice (*) ispred imena pointera x1 je aktivirala njegovo dereferenciranje i umjesto prijasnje sirove memorijske adrese, mi dobijamo vrijednost, koja se nalazi na toj istoj adresi. Kako je to moguce? Odgovor je, opet, poprilicno banalan: Zato sto racunar zna, gdje se nalaze sve njegove adrese, a one se, kao sto vec znamo, nikada ne mijenjaju. Prosto receno, sadrzaji u memoriji se mijenjaju, ne i metal. Isto kao sto je racunaru moguce da putem operatora ampersand (&) nama vrati adresu neke varijable, tako moze bez problema da cini i obratnu rabotu i ode do date adrese i vrati nam vrijednost, koja se na njoj nalazi. Kada se koristi & rezultat je adresa, kada se koristi * rezultat je vrijednost na adresi. Ampersand (&) potrebuje varijablu da bi vratio njenu adresu, a zvjezdica (*) potrebuje pointer, koji u sebi sadrzi adresu, da bi 4

5 putem nje dospio do vrijednosti, koja se na njoj nalazi. Ili jos jednostavnije receno: & nam daje referencu, * nam pomaze pri dereferenciranju. Isto tako pri baratanju s pointerima potrebujemo oba operatora. Ampersand nam je potreban da napunimo pointer nekom adresom, a zvjezdica je potrebna da deklariramo varijablu kao pointer (pokazivac) na neku drugu. Naravno, sljedece pitanje je zasigurno: Cemu sve ovo moze da posluzi, sem sto postoje neke funkcije, koje potrazuju takav nacin punjenja? Sto se odgovora na ovo pitanje tice, tu se ne mozemo posluziti banalnim odgovorima. Ustvari ionako nema u C-u nigdje banalnih odgovora, posto smo suvise blizu hladne masine, koja ima sve samo ne milosti s ljudskim greskama. Jedna od koristi, koje nam pointeri donose je brzina obrade informacija, posto se npr. vrijednosti ne moraju kopirati izmedju funkcija. Umjesto da, primjerice radi, neke vrijednosti kopirate amo tamo, samo da bi one bivale iscitane, mnogo lakse ih je parkirati na nekoj adresi u memoriji i svakoj funkciji, koja za njih zapita, jednostavno dati pointer, pa kad joj zatreba, neka izvoli, i dereferencira ih sama. Isto tako je moguce putem pointera eficijentno operirati na nizovima vrijednosti. Ako negdje u memoriji imamo vise vrijednosti, poredane jedna iza druge, onda mozemo putem pointera skakati s jedne na drugu, vracati se na pocetak, manipulirati ih itd. To se isto tako naziva pointer-aritmetika i s njom cemo se jos vise puta sresti. Dakle, pointeri sluze i kao nisan. Naravno, ovo poredjenje bi trebali uzeti krajnje ozbiljno, jer je isto tako vrlo lahko nanisaniti i samog sebe, ako niste pazljivi sto se pointera tice. Ili vas, u najgorem slucaju, Vasa voljena masina sama nanisani, ako pocnete da vrsljate po memoriji bez velike potrebe. Cisto sumnjam da bi ste iz te borbe izasli kao pobjednik. Salu na stranu, pointeri su vrlo fleksibilan instrument, posto nam omogucuju da direktno radimo na nivou memorijskih adresa i manipuliramo ich ogromnom brzinom, koju ne moze postici nijedan drugi konstrukt iz bilo kojeg drugog programskog jezika. Nije ni cudo sto neki C nazivaju i portabilni assembler. Dakle, imamo utjecaj na masinu, kao da programiramo masinskim jezikom (assemblerom), bez da se koristimo tzv. assembly mnemonics, tj. assembler-komandi. Toliko o pointerima za sada. Jos mnogo vise slijedi u sljedecim lekcijama. Mnogo zabave sa C-om Vam zeli Harris 5