Брайан Керниган - Язык программирования Си. Издание 3-е, исправленное
char amessage[] = "now is the time"; /* массив */
char *pmessage = "now is the time"; /* указатель */
amessage - это массив, имеющий такой объем, что в нем как раз помещается указанная последовательность символов и ' '. Отдельные символы внутри массива могут изменяться, но amessage всегда указывает на одно и то же место памяти. В противоположность ему pmessage есть указатель, инициализированный так, чтобы указывать на строковую константу. А значение указателя можно изменить, и тогда последний будет указывать на что-либо другое. Кроме того, результат будет неопределен, если вы попытаетесь изменить содержимое константы.
Дополнительные моменты, связанные с указателями и массивами, проиллюстрируем на несколько видоизмененных вариантах двух полезных программ, взятых нами из стандартной библиотеки. Первая из них, функция strcpy (s, t), копирует строку t в строку s. Хотелось бы написать прямо s = t, но такой оператор копирует указатель, а не символы. Чтобы копировать символы, нам нужно организовать цикл. Первый вариант strcpy, с использованием массива, имеет следующий вид:
/* strcpy: копирует t в s; вариант с индексируемым массивом*/
void strcpy(char *s, char *t)
{
int i;
i = 0;
while ((s[i] = t[i]) != ' ')
i++;
}
Для сравнения приведем версию strcpy с указателями:
/* strcpy: копирует t в s: версия 1 (с указателями) */
void strcpy(char *s, char *t)
{
while ((*s = *t) != ' ') {
s++;
t++;
}
}
Поскольку передаются лишь копии значений аргументов, strcpy может свободно пользоваться параметрами s и t как своими локальными переменными. Они должным образом инициализированы указателями, которые продвигаются каждый раз на следующий символ в каждом из массивов до тех пор, пока в копируемой строке t не встретится ' '.
На практике strcpy так не пишут. Опытный программист предпочтет более короткую запись:
/* strcpy: копирует t в s; версия 2 (с указателями) */
void strcpy(char *s, char *t)
{
while ((*s++ = *t++) != ' ')
;
}
Приращение s и t здесь осуществляется в управляющей части цикла. Значением *t++ является символ, на который указывает переменная t перед тем, как ее значение будет увеличено; постфиксный оператор ++ не изменяет указатель t, пока не будет взят символ, на который он указывает. То же в отношении s: сначала символ запомнится в позиции, на которую указывает старое значение s, и лишь после этого значение переменной s увеличится. Пересылаемый символ является одновременно и значением, которое сравнивается с ' '. В итоге копируются все символы, включая и заключительный символ ' '.
Заметив, что сравнение с ' ' здесь лишнее (поскольку в Си ненулевое значение выражения в условии трактуется и как его истинность), мы можем сделать еще одно и последнее сокращение текста программы:
/* strcpy: копирует t в s; версия 3 (с указателями) */
void strcpy(char *s, char *t)
{
while (*s++ = *t++)
;
}
Хотя на первый взгляд то, что мы получили, выглядит загадочно, все же такая запись значительно удобнее, и следует освоить ее, поскольку в Си-программах вы будете с ней часто встречаться.
Что касается функции strcpy из стандартной библиотеки ‹string.h› то она возвращает в качестве своего результата еще и указатель на новую копию строки.
Вторая программа, которую мы здесь рассмотрим, это strcmp(s,t). Она сравнивает символы строк s и t и возвращает отрицательное, нулевое или положительное значение, если строка s соответственно лексикографически меньше, равна или больше, чем строка t. Результат получается вычитанием первых несовпадающих символов из s и t.
/* strcmp: выдает ‹ 0 при s ‹ t, 0 при s - t, › 0 при s › t */
int strcmp(char *s, char *t)
{
int i;
for (i = 0; s[i] == t[i]; i++)
if (s[i] == ' ')
return 0;
return s[i] - t[i];
}
Та же программа с использованием указателей выглядит так:
/* strcmp: выдает ‹ 0 при s ‹ t, 0 при s - t, › 0 при s › t */
int strcmp(char *s, char *t)
{
for (; *s == *t; s++, t++)
if (*s == ' ')
return 0;
return *s - *t;
}
Поскольку операторы ++ и - могут быть или префиксными, или постфиксными, встречаются (хотя и не так часто) другие их сочетания с оператором *. Например.
*--p;
уменьшит p прежде, чем по этому указателю будет получен символ. Например, следующие два выражения:
*p++ = val; /* поместить val в стек */
val = *--p; /* взять из стека значение и поместить в val */
являются стандартными для посылки в стек и взятия из стека (см. параграф 4.3.).
Объявления функций, упомянутых в этом параграфе, а также ряда других стандартных функций, работающих со строками, содержатся в заголовочном файле ‹string.h›.
Упражнение 5.3. Используя указатели, напишите функцию strcat, которую мы рассматривали в главе 2 (функция strcat(s,t) копирует строку t в конец строки s).
Упражнение 5.4. Напишите функцию strend(s,t), которая выдает 1, если строка t расположена в конце строки s, и нуль в противном случае.
Упражнение 5.5. Напишите варианты библиотечных функций strncpy, strncat и strncmp, которые оперируют с первыми символами своих аргументов, число которых не превышает n. Например, strncpy(t,s,n) копирует не более n символов t в s. Полные описания этих функций содержатся в приложении B.
Упражнение 5.6. Отберите подходящие программы из предыдущих глав и упражнений и перепишите их, используя вместо индексирования указатели. Подойдут, в частности, программы getline (главы 1 и 4), atoi, itoa и их варианты (главы 2, 3 и 4), reverse (глава 3), а также strindex и getop (глава 4).
5.6 Массивы указателей, указатели на указатели
Как и любые другие переменные, указатели можно группировать в массивы. Для иллюстрации этого напишем программу, сортирующую в алфавитном порядке текстовые строки; это будет упрощенный вариант программы sort системы UNIX.
В главе 3 мы привели функцию сортировки по Шеллу, которая упорядочивает массив целых, а в главе 4 улучшили ее, повысив быстродействие. Те же алгоритмы используются и здесь, однако, теперь они будут обрабатывать текстовые строки, которые могут иметь разную длину и сравнение или перемещение которых невозможно выполнить за одну операцию. Нам необходимо выбрать некоторое представление данных, которое бы позволило удобно и эффективно работать с текстовыми строками произвольной длины.
Для этого воспользуемся массивом указателей на начала строк. Поскольку строки в памяти расположены вплотную друг к другу, к каждой отдельной строке доступ просто осуществлять через указатель на ее первый символ. Сами указатели можно организовать в виде массива. Одна из возможностей сравнить две строки - передать указатели на них функции strcmp. Чтобы поменять местами строки, достаточно будет поменять местами в массиве их указатели (а не сами строки).
Здесь снимаются сразу две проблемы: одна - связанная со сложностью управления памятью, а вторая - с большими накладными расходами при перестановках самих строк. Процесс сортировки распадается на три этапа:
чтение всех строк из ввода
сортировка введенных строк
печать их по порядку
Как обычно, выделим функции, соответствующие естественному делению задачи, и напишем главную программу main, управляющую этими функциями. Отложим на время реализацию этапа сортировки и сосредоточимся на структуре данных и вводе-выводе.
Программа ввода должна прочитать и запомнить символы всех строк, а также построить массив указателей на строки. Она, кроме того, должна подсчитать число введенных строк - эта информация понадобится для сортировки и печати. Так как функция ввода может работать только с конечным числом строк, то, если их введено слишком много, она будет выдавать некоторое значение, которое никогда не совпадет с количеством строк, например -1.
Программа вывода занимается только тем, что печатает строки, причем в том порядке, в котором расположены указатели на них в массиве.
