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Text File | 1995-01-03 | 23.8 KB | 522 lines

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Sind Pointer Adressen? Praktisch gesehen ja. Praktisch gesehen ist ein Pointer nichts anderes als eine Variable, die eine Adresse, d.h. die Nummer einer Speicherzelle im Hauptspeicher des Rechners enthält. Stellen wir uns vor, wir haben einen Rechner mit 8 MB Haupt- speicher. Der Hauptspeicher besteht also aus ca. acht Millionen Speicherzellen, die jeweils ein Byte enthalten können. Diese Speicherzellen kann man von 0 an durchnumerieren, dann läßt sich für alles, was im Speicher steht, feststellen, welche Nummer die Speicherzelle hat, wo es steht (bzw. wo es anfängt). Wenn z.B. nach der Definition char z = 'A'; das 'A' in der Speicherzelle Nr. 1234 steht, dann sagt man, die Variable z habe die Adresse 1234. Um die Adresse eines Objekts zu ermitteln, gibt es in C den Adreß-Operator "&". In diesem Fall würde &z die Adresse von z, also 1234 liefern. Man könnte auf die Idee kommen, diese Adresse in einer anderen Variablen zu speichern, zum Beispiel: int adr = &z; Und damit fangen die Probleme an: Wer sagt, daß in einem int Platz genug für die Adresse ist? Wenn ein int nur 16 Bits groß ist, also keine Werte über 32767 speichern kann, dann kann man die Adressen von Objekten, die jenseits der ersten 32 KB des Speichers liegen, nicht in einem int ablegen. Also versuchen wir es mit: long adr = &z; oder unsigned long adr = &z; 40 Arrays & Pointer --------------------------------------------------------------- Aber das bringt nichts, denn auch unsigned long braucht nur 32 Bits groß zu sein, was nur für Adressen bis 4 GB reicht. (Das erscheint uns heute als eine ganze Menge. Vor zehn Jahren erschien uns auch ein Megabyte als eine ganze Menge.) Das heißt: auf diese Weise kommen wir nicht weiter, wenn wir mit Adressen arbeiten wollen. Aus diesem Grund gibt es in C spe- zielle Datentypen, um Adressen von Objekten zu speichern. Diese Datentypen nennt man "Pointer" oder "Zeiger". Um möglichst flexibel zu sein, definiert C zu jedem Datentyp einen Zeigertyp, der Adressen von Objekten dieses Typs halten kann. Adressen von chars werden also in "Zeigern auf char" (char- Pointern), Adressen von ints in "Zeigern auf int" (int- Pointern) usw. abgelegt. Natürlich stellen diese Pointer-Typen wiederum Typen dar, so daß es auch auf sie Pointer gibt. Die Adresse einer Variablen vom Typ "char-Pointer" kann also in einer Variablen vom Typ "char-Pointer-Pointer" abgelegt werden usw. Das geht beliebig weit, obwohl mehr als dreifache Pointer in der Praxis so gut wie nie vorkommen (und durchaus verhinder- bar sind). Pointer werden durch einen "*" kenntlich gemacht, also: char z = 'A'; /* ein char */ char *p = &z; /* ein Pointer auf z */ char **pp = &p; /* ein Pointer auf p */ Man kann sich einen Pointer also einfach vorstellen als eine Variable, die die Adresse eines anderen Objekts speichern kann. Auf vielen Systemen sind Pointer daher identisch mit ints oder longs, d.h. wenn bei char z = 'A'; das 'A' an Adresse 1234 liegt, dann haben die beiden Variablen int i = 1234; char *p = &z; dieselbe interne Darstellung (d.h. sie belegen gleich viel Platz im Speicher und stimmen bitweise überein). Allerdings ist eine derartig einfache Organisation nicht auf allen Rechnern möglich: - Es gibt Rechner, auf denen Pointer länger sind als ints oder longs. - Es gibt Rechner, auf denen Pointer auf verschiedene Typen verschieden viel Platz brauchen. - Es gibt Rechner, deren Speicher nicht-linear organisiert ist. Mit anderen Worten, wie ein Pointer intern aussieht, läßt sich nicht von vornherein festlegen, weil es in großem Maße vom verwendeten Prozessor und dem Betriebssystem abhängt. Deswegen sind Pointer in C von dem ursprünglichen Konzept der Adressen abstrahiert. Pointer stellen einen "abstrakten Datentyp" dar, mit dem man arbeiten kann, ohne sich über die interne Organi- Arrays & Pointer 41 --------------------------------------------------------------- sation bewußt sein zu müssen. Dieser abstrakte Datentyp defi- niert auch die Regeln der Pointer-Arithmetik, z.B. int a[2]; /* ein Array von zwei ints */ int *p = &a[0]; /* ein Zeiger auf a[0] */ p++; /* jetzt zeigt p auf a[1] */ Die Pointer-Arithmetik hat ihren Ursprung natürlich in dem ein- fachen, linearen Speichermodell, funktioniert aber auch auf Rechnern, deren Speicher anders organisiert ist. Das sicher- zustellen ist Sache des jeweiligen Compilerautors, der C-Pro- grammierer braucht sich nicht darum zu kümmern. Anfänger in C tun gut daran, sich Pointer wie oben beschrieben, also als Variablen, die Adressen speichern, vorzustellen. Auf diese Weise versteht man am ehesten, was es mit Pointer- arithmetik auf sich hat oder wie Dinge wie Pointer auf Pointer funktionieren. Man sollte aber nicht vergessen, daß es sich dabei nur um eine Vorstellung handelt, von der man sich irgend- wann trennen muß. (wr) Q6.1.2 Kann ich einen Pointer auf eine Funktion in einen Pointer auf Daten wandeln? Versuchen kann man es zwar, allerdings ist nicht garantiert, daß es funktioniert. Daher sollte man es lassen. Pointer auf Funktionen und Pointer auf Daten dürfen - ent- sprechend dem ANSI-Standard - intern unterschiedlich aufgebaut sein. Auf einigen Systemen geht das sogar nicht anders, z.B. wenn Funktionen in einem nur-lesbaren Datenbereich ("sharable") und Daten in einem schreib-/lesbaren Bereich abgelegt werden. (tw) 6.2 Null-Pointer Null-Pointer-Diskussionen treten in der Netzgruppe schon nahezu deterministischer auf. Auf einer Rangliste der am häufigsten gestellten Fragen dürften sich entsprechende Fragen über Null-Pointer ganz weit oben befinden. Würde man eine Rangliste der falschen Antworten führen, so findet sich mit Sicherheit jeglicher Dummfug über Null-Pointer uneinholbar auf dem ersten Platz ("Hätte er geschwiegen wäre er ein Philosoph geblieben."). Warum ist das so? Ehrlich gesagt, ich weiß es nicht so richtig. Null-Pointer sind weder kompliziert zu verwenden, noch sind sie umständlich definiert oder legen ein irgendwie geartetes merkwürdiges Verhalten an den Tag. Sie sind lediglich von einem Wust von "Programmierer-Aberglaube" verkleistert, von dem ich gerne mal wissen würde, wie er zustande kommt. Insofern ist es zwar verständlich, wenn auch unsinnig, daß die folgenden Aussagen zu Null-Pointern von Leser in vorherigen Ausgaben dieser FAQ heftigst bestritten wurden. 42 Arrays & Pointer --------------------------------------------------------------- Nichtsdestotrotz, im folgenden finden sich die Fakten über Null-Pointer. Sie sind samt und sonders durch den ANSI-Standard ([Ratio], [Schi 93]) belegbar. (tw) Q6.2.1 Ist 0 der Null-Pointer? Nein, das ist 0 nicht. Unter bestimmten Umständen wird 0 jedoch zu einer sog. "Null-Pointer-Konstanten". Jeder konstante, integrale Ausdruck mit dem Wert Null (also auch 0) in einem Pointer-Kontext (d.h. an einer Stelle, wo ein Pointer stehen soll/muß) ist so eine Null-Pointer-Konstante. Ebenso wird ein solcher Ausdruck, der zusätzlich noch explizit auf (void *) gecasted wird, eine Null-Pointer-Konstante genannt. Es gibt also nicht "die" Null-Pointer-Konstante. Sprich (void *)0 (void *)(1 - 1) und auch z.B. ein (7 - 3 - 4) an der richtigen Stelle sind allesamt Null-Pointer-Konstanten. Wenn eine solche Konstante einem Pointer zugewiesen oder auf Gleichheit mit einem Pointer getestet wird, wird die Null- Pointer-Konstante in einen Pointer auf diesen Typ konvertiert. Das Ergebnis der Konvertierung der Konstante (ein Pointer) wird Null-Pointer genannt. Beispiel: char *c; int *i; c = 0; /* 'c' wird der Null-Pointer zugewiesen */ i = (void *) (10 - (8 + 2)); /* i auch */ Welchen "Wert" besitzt ein Null-Pointer? Dazu Frage Q6.2.3. (tw) Q6.2.2 Ist NULL der Null-Pointer? Nein, NULL ist ein Makro, das in <stddef.h> (ANSI C) bzw. <stdio.h> (K&R C) definiert ist. Der ANSI-Standard fordert für NULL nur, daß das Makro zu einer Null-Pointer-Konstante expandiert. Damit sind - entsprechend Q6.2.1 - unter anderem folgende Definitionen (und noch viele weitere) für NULL zulässig: #define NULL (void *)0 #define NULL 0 #define NULL (void *)(1 - 1) /* umstaendlich, zulaessig */ Arrays & Pointer 43 --------------------------------------------------------------- oder z.B. auch #define NULL (7 - 3 - 4) /* umstaendlich, zulaessig */ Die gelegentlich geäußerten Behauptungen, daß NULL - der Null-Pointer sei, - nur an Pointer auf Daten und - nicht an Pointer auf Funktionen zugewiesen werden darf, - unbedingt als 0 oder - unbedingt als (void*)0 definiert sein muß, usw. sind samt und sonders falsch, purer Aberglaube und durch absolut nichts im ANSI-Standard oder im K&R belegbar. (tw) Q6.2.3 Ist ein Null-Pointer ein Pointer mit allen Bits auf 0? Nein, auch das ist alter, aber falscher Programmierer- Aberglaube! Ein Null-Pointer kann zwar ein Pointer mit allen Bits auf 0 sein (ist es häufig auch), muß es aber nicht. Für einen Null-Pointer wird nur gefordert, daß jeder Vergleich von ihm mit jedem anderen Pointer auf ein Objekt (z.B. eine Variable) oder auf eine Funktion das Ergebnis 'ungleich' liefert. Nur ein Vergleich von zwei Null-Pointern darf und muß 'gleich' ergeben. Beispielsweise könnte ein Null-Pointer auch ein Pointer mit allen Bits auf 1 sein, wenn nur sichergestellt ist, daß es nie einen Pointer auf ein Objekt oder eine Funktion geben kann, bei dem auch alle Bits 1 sind. Übrigens, das ist keine blanke Theorie, es gibt Systeme, bei denen ein Null-Pointer nicht aus lauter Null-Bits besteht, z.B. weil sich dort ein Pointer aus Segmentnummer und Offset zusammensetzt und die Segmentnummer des Prozesses nicht null ist. (tw) 6.3 Diverses Q6.3.1 Ist "char *[]" das gleiche wie "char **"? Im Normalfall nicht. char *[] bezeichnet ein Array von Pointern auf char und char ** bezeichnet einen Pointer auf einen Pointer vom Typ char. Beides ist deutlich etwas Unterschiedliches. Nun wird unter bestimmten Umständen der Name eines Arrays in einen Pointer auf das erste Element das Arrays gewandelt. So z.B. bei Funktionsdefinitionen. Daher entspricht 44 Arrays & Pointer --------------------------------------------------------------- void funk(char *array[]) { /* ... */ } einem void funk(char **array) { /* ... */ } Dies gilt aber nur dort. Andere Operationen sind nur in einer Richtung möglich: char **p; char *a[10]; p = a; /* legal, entspricht 'p = &a[0];' */ a = p; /* illegal! a ist kein l-value */ (tw) Q6.3.2 Wie initialisiere ich ein mehrdimensionales Array? Im Prinzip nicht anders, als ein eindimensionales Array, mit einer Initialisierungsliste. Verwirrend ist häufig nur die Reihenfolge der Dimensionen/Elemente. Zu beachten ist, daß die letzte angegebene Dimension am schnellsten variiert. Ein Beispiel soll dies zeigen: #define X (2) #define Y (3) #define Z (4) int a[Z][Y][X] = { /* y = 0 y = 1 y = 2 */ /* z=0 */ {{ 000, 001 }, { 010, 011 }, { 020, 021}}, /* z=1 */ {{ 100, 101 }, { 110, 111 }, { 120, 121}}, /* z=2 */ {{ 200, 201 }, { 210, 011 }, { 220, 221}}, /* z=3 */ {{ 300, 301 }, { 310, 311 }, { 320, 321}} /* ^ ^ ^ ^ ^ ^ */ /* | |________|____|________|____| x = 1 */ /* | | | */ /* |_____________|_____________|_____ x = 0 */ }; X ist hier die letzte Dimension, variiert also am schnellsten. Es bietet sich immer an, als letzte Dimension diejenige mit der geringsten Wertigkeit - aus Sicht der Applikation - anzugeben. Die einzelnen Dimensionen im obigen Beispiel wurden mit '{', '}' geklammert um die Übersichtlichkeit zu verbessern. Natürlich ist auch int b[Z][Y][X] = { 000, 001, 010, 011, 020, 021, 100, 101, 110, 111, 120, 121, 200, 201, 210, 011, 220, 221, 300, 301, 310, 311, 320, 321 }; zulässig. (tw) 46 Arrays & Pointer --------------------------------------------------------------- /Ende von Teil 7/ Keep hacking Wolfram «------------------[ eLITE gUYS wILL gET iNVITED hERE ]------------------» . . . . : · . ____/¦__ ___/¦____ __/¦___________/¦__ ¦ ¦___/¦__ ! _ ____ \__\____ _// _____\_________ \ | | ____ \__ _:/\__ /· |____//· | \\_____ ·\| | | \\| |/· |____/ \ Oo / // | \ | \ l \\ | | ·\_ // | \ /_--_\ \__________\________/________/___j___j / \__________\ :\/ -------------------------------------l____/ :----------- ¡ · · . : · . . . . ! _ ____/¦__ ¦ ¦____¦\____ ____/¦__ ___/¦____ __/¦_____ __ _:/\__ _ _ ____ \__| |______ \ _ ____ \__\_ | _// _____ __ _ \ Oo / /· |____/| |/· __ __/ /· |____//· | \\_____ ·\ /_--_\ // | \| // | \_// | \ l \ l \\ :\/ \__________\ \____j /\__________\________/________/ ¡ -----------· :----l____/------------------------------- · · <*> pRODIGY gHQ <*> nEUTRON wHQ <*> iLLUSION eHQ <*> dYNAMIX gHQ <*> Upload Date: [01-03-95] «» Upload Time: [07:18:30] «-------------------[ aSK eLITE fOR SYS-PW & NUMBA ! ]-------------------» [-AquaAdder v1.0-] -sLiME!^bP·LEADER^mTH! mOGUe!^aC! pRIMUS!/bP·lEADER wHIRLWIND/mTH! MR.VAIN/BNZ^sXi^aC! -- --- ---- pHUKKIN' fAST aMIGA ^ wORLD'S lARGEST cHIPTUNE aREA ---- --- -- ____ ___| |_____________ __________________ ____________________________ _/ _| | ._________\/__________ \ _/___\______ \ _____/ _____/ \ \. | l/ / \/ | _____/_ l / _____/\____ _/\____ \_ \___| |________/____||-Mo!|________________/_______\ _______\ ________/ l____| l____| \/ \/ -- --- ---- aMI-eX fREE-lEECH ^ bIG aSCII bASE © bY aC! ---- --- -- -- mYTH! gHQ - -÷- - bIRDHOUSE pROJECTS! eHQ - -÷- - aRT-cORE! eHQ -- _______________ _____ _____ _________ ___________________ \. /________ |. /_____:o | /. \/|___/_ \ / \___ _____/|. / \|| /|. |: |// ______/·|. / ______ \ ___/ /. /_/· || / \: \|| |· |/ / \ \/ || /_______ \/+ / // ____/ || \ \ \ \: ¯¯¯ | / / / || \ /·\ / \ __/_ // / // |+ \ \ \ \___/ | \___/ / |· \/ \/ / / /· / \\ / \ / |: | / / / / \___/ \________/_____|\___/: |_____|_______/\________/_______/______/ l_____|·MBB·