Указатели на многомерные массивы

Указатели на многомерные массивы в языке СИ - это массивы массивов, т.е. такие массивы, элементами которых являются массивы. При объявлении таких массивов в памяти компьютера создается несколько различных объектов. Например при выполнении объявления двумерного массива int arr2[4][3] в памяти выделяется участок для хранения значения переменной arr, которая является указателем на массив из четырех указателей. Для этого массива из четырех указателей тоже выделяется память. Каждый из этих четырех указателей содержит адрес массива из трех элементов типа int, и, следовательно, в памяти компьютера выделяется четыре участка для хранения четырех массивов чисел типа int, каждый из которых состоит из трех элементов. Такое выделение памяти показано на схеме на рис.3.

arr
â
arr[0]	à	arr[0][0]	arr[0][1]	arr[0][2]
arr[1]	à	arr[1][0]	arr[1][1]	arr[1][2]
arr[2]	à	arr[2][0]	arr[2][1]	arr[2][2]
arr[3]	à	arr[3][0]	arr[3][1]	arr[3][2]
Рис.3. Распределение памяти для двумерного массива.

Таким образом, объявление arr2[4][3] порождает в программе три разных объекта: указатель с идентификатором arr, безымянный массив из четырех указателей и безымянный массив из двенадцати чисел типа int. Для доступа к безымянным массивам используются адресные выражения с указателем arr. Доступ к элементам массива указателей осуществляется с указанием одного индексного выражения в форме arr2[2] или *(arr2+2). Для доступа к элементам двумерного массива чисел типа int должны быть использованы два индексных выражения в форме arr2[1][2] или эквивалентных ей *(*(arr2+1)+2) и (*(arr2+1))[2]. Следует учитывать, что с точки зрения синтаксиса языка СИ указатель arr и указатели arr[0], arr[1], arr[2], arr[3] являются константами и их значения нельзя изменять во время выполнения программы.

Размещение трехмерного массива происходит аналогично и объявление float arr3[3][4][5] порождает в программе кроме самого трехмерного массива из шестидесяти чисел типа float массив из четырех указателей на тип float, массив из трех указателей на массив указателей на float, и указатель на массив массивов указателей на float.

При размещении элементов многомерных массивов они располагаются в памяти подряд по строкам, т.е. быстрее всего изменяется последний индекс, а медленнее - первый. Такой порядок дает возможность обращаться к любому элементу многомерного массива, используя адрес его начального элемента и только одно индексное выражение.

Например, обращение к элементу arr2[1][2] можно осуществить с помощью указателя ptr2, объявленного в форме int *ptr2=arr2[0] как обращение ptr2[1*4+2] (здесь 1 и 2 это индексы используемого элемента, а 4 это число элементов в строке) или как ptr2[6]. Заметим, что внешне похожее обращение arr2[6] выполнить невозможно так как указателя с индексом 6 не существует.

Для обращения к элементу arr3[2][3][4] из трехмерного массива тоже можнo использовать указатель, описанный как float *ptr3=arr3[0][0] с одним индексным выражением в форме ptr3[3*2+4*3+4] или ptr3[22].

Далее приведена функция, позволяющая найти минимальный элемент в трехмерном массиве. В функцию передается адрес начального элемента и размеры массива, возвращаемое значение - указатель на структуру, содержащую индексы минимального элемента.

struct INDEX { int i, int j, int k } min_index; struct INDEX * find_min (int *ptr1, int l, int m int n) { int min, i, j, k, ind; min=*ptr1; min_index.i=min_index.j=min_index.k=0; for (i=0; i*(ptr1+ind) { min=*(ptr1+ind); min_index.i=i; min_index.j=j; min_index.k=k; } } return &min_index; }

Операции с указателями

Над указателями можно выполнять унарные операции: инкремент и декремент. При выполнении операций ++ и -- значение указателя увеличивается или уменьшается на длину типа, на который ссылается используемый указатель.

Пример:

int *ptr, a[10]; ptr=&a[5]; ptr++; /* равно адресу элемента a[6] */ ptr--; /* равно адресу элемента a[5] */

В бинарных операциях сложения и вычитания могут участвовать указатель и величина типа int. При этом результатом операции будет указатель на исходный тип, а его значение будет на указанное число элементов больше или меньше исходного.

Пример:

int *ptr1, *ptr2, a[10]; int i=2; ptr1=a+(i+4); /* равно адресу элемента a[6] */ ptr2=ptr1-i; /* равно адресу элемента a[4] */

В операции вычитания могут участвовать два указателя на один и тот же тип. Результат такой операции имеет тип int и равен числу элементов исходного типа между уменьшаемым и вычитаемым, причем если первый адрес младше, то результат имеет отрицательное значение.

Пример:

int *ptr1, *ptr2, a[10]; int i; ptr1=a+4; ptr2=a+9; i=ptr1-ptr2; /* равно 5 */ i=ptr2-ptr1; /* равно -5 */

Значения двух указателей на одинаковые типы можно сравнивать в операциях ==,!=, <, <=, >, >= при этом значения указателей рассматриваются просто как целые числа, а результат сравнения равен 0 (ложь) или 1 (истина).

Пример:

int *ptr1, *ptr2, a[10]; ptr1=a+5; ptr2=a+7; if (prt1>ptr2) a[3]=4;

В данном примере значение ptr1 меньше значения ptr2 и поэтому оператор a[3]=4 не будет выполнен.

Массивы указателей

В языке СИ элементы массивов могут иметь любой тип, и, в частности, могут быть указателями на любой тип. Рассмотрим несколько примеров с использованием указателей.

Следующие объявления переменных

int a[]={10,11,12,13,14,}; int *p[]={a, a+1, a+2, a+2, a+3, a+4}; int **pp=p;

порождают программные объекты, представленные на схеме на рис.4.

	pp
â
p	à	.	.	.	.	.
	â	â	â	â	â
a	à	11	12	13	14	15
Рис.4. Схема размещения переменных при объявлении.

При выполнении операции pp-p получим нулевое значение, так как ссылки pp и p равны и указывают на начальный элемент массива указателей, связанного с указателем p (на элемент p[0]).

После выполнения операции pp+=2 схема изменится и примет вид, изображенный на рис.5.

	pp
â
p	à	.	.	.	.	.
	â	â	â	â	â
a	à	10	11	12	13	14
Рис.5. Схема размещения переменных после выполнения операции pp+=2.

Результатом выполнения вычитания pp-p будет 2, так как значение pp есть адрес третьего элемента массива p. Ссылка *pp-a тоже дает значение 2, так как обращение *pp есть адрес третьего элемента массива a, а обращение a есть адрес начального элемента массива a. При обращении с помощью ссылки **pp получим 12 - это значение третьего элемента массива a. Ссылка *pp++ даст значение четвертого элемента массива p т.е. адрес четвертого элемента массива a.

Если считать, что pp=p, то обращение *++pp это значение первого элемента массива a (т.е. значение 11), операция ++*pp изменит содержимое указателя p[0], таким образом, что он станет равным значению адреса элемента a[1].

Сложные обращения раскрываются изнутри. Например обращение *(++(*pp)) можно разбить на следующие действия: *pp дает значение начального элемента массива p[0], далее это значение инкременируется ++(*p) в результате чего указатель p[0] станет равен значению адреса элемента a[1], и последнее действие это выборка значения по полученному адресу, т.е. значение 11.

В предыдущих примерах был использован одномерный массив, рассмотрим теперь пример с многомерным массивом и указателями. Следующие объявления переменных

int a[3][3]={ { 11,12,13 }, { 21,22,23 }, { 31,32,33 } }; int *pa[3]={ a,a[1],a[2] }; int *p=a[0];

порождают в программе объекты представленные на схеме на рис.6.

Рис.6. Схема размещения указателей на двумерный массив.

Согласно этой схеме доступ к элементу a[0][0] получить по указателям a, p, pa при помощи следующих ссылок: a[0][0], *a, **a[0], *p, **pa, *p[0].

Рассмотрим теперь пример с использованием строк символов. Объявления переменных

char *c[]={ "abs", "dx", "yes", "no" }; char **cp[]={ c+3, c+2, c+1, c }; char ***cpp=cp;

можно изобразить схемой представленной на рис.7.

Рис.7. Схема размещения указателей на строки.