PUNTEROS (APUNTADORES)

Transcripción

1 2010 UNAN LEON Departamento de Computación Ing. En Sistemas Sabatino Autor: Ing: Karina Esquivel Alvarado. Asignatura: Algoritmo y Estructura de Datos. PUNTEROS (APUNTADORES)

2 TEMA 4: PUNTEROS (APUNTADORES) 4.1 INTRODUCCIÓN Los punteros en C tienen la fama, en el mundo de la programación, de dificultad, tanto en el aprendizaje como en su uso. El puntero, no es más que una herramienta muy potente que puede utilizar en sus programas para hacerlos más eficiente y flexibles. Los punteros son, sin género de dudas, una de las razones fundamentales para que el lenguaje C sea tan potente y tan utilizado. Una variable(o puntero, como se llama normalmente) es una variable que contiene direcciones de otras variables. Todas las variables vistas hasta este momento contienen valores de datos, por el contrario las variables punteros contienen valores que son direcciones de memoria donde se almacenan datos. En resumen, un puntero es una variable que contiene una dirección de memoria, y utilizando punteros su programa puede realizar muchas tareas que no sería posible utilizando tipos de datos estándar. 4.2 DIRECCIONES DE MEMORIA Cuando una variable se declara, se asocian tres atributos fundamentales con la misma: su nombre, su tipo y su dirección en memoria. Esta caja representa la posición de almacenamiento en memoria. El nombre de la variable está a la izquierda de la caja, la dirección de variable está encima de la caja y el tipo de variable está debajo en la caja. Si el valor de la variable se conoce, se representa en el interior de la caja int Al valor de una variable se accede por medio de su nombre. Por ejemplo, se puede imprimir el valor de n con la sentencia: printf("%d",n); A la dirección de la variable se accede por medio del operador de dirección &. Por ejemplo, se puede imprimir la dirección de n con la sentencia: printf ("%p", &n); 2

3 El operador de dirección "&" «opera» (se aplica) sobre el nombre de la variable para obtener sus direcciones. Ejemplo #1: //Obtiene el valor y la dirección de una variable //direccion.c #include<stdio.h> void main() { int n=35; printf("n=%d\n",n); printf("la direccion de &n=%p",&n); } Salida: 4.3 CONCEPTO DE PUNTERO Cada vez que se declara una variable C, el compilador establece un área de memoria para almacenar el contenido de la variable. Cuando se declara una variable i n t (entera), por ejemplo, el compilador asigna dos bytes de memoria. El espacio para esa variable se sitúa en una posición específica de la memoria, conocida como dirección de memoria. Cuando se referencia (se hace uso) al valor de la variable, el compilador de C accede automáticamente a la dirección de memoria donde se almacena el entero. Se puede ganar en eficacia en el acceso a esta dirección de memoria utilizando un puntero. Cada variable que se declara en C tiene una dirección asociada con ella. Un puntero es una dirección de memoria. El concepto de punteros tiene correspondencia en la vida diaria. Cuando se envía una carta por correo, su información se entrega basada en un puntero que es la dirección de esa carta. Cuando se telefonea a una persona, se utiliza un puntero (el número de teléfono que se marca). Así pues, una dirección de correos y un número de teléfono tienen en común que ambos indican dónde encontrar algo. Son punteros a edificios y teléfonos, respectivamente. Un puntero en C también indica dónde encontrar algo, dónde encontrar los datos que están asociados con una variable? Un puntero C es la dirección de una Variable. Los punteros se rigen por estas reglas básicas: un puntero es una variable como cualquier otra; variable puntero contiene una dirección que apunta a otra posición en memoria; en esa posición se almacenan los datos a los que apunta el puntero; un puntero apunta a una variable de memoria. 3

4 Ejemplo #2: //Obtiene el valor y la dirección de una variable utilizando punteros #include <stdio.h> void main() { int n = 75; int *p=&n; //p variable puntero, tiene dirección de n printf("n = %d, &n= %p, p= %p\n",n,&n,p); printf ("&p = %p\n",&p); } Salida: La variable p se denomina «puntero» debido a que su valor «apunta» a la posición de otro valor. Es un puntero int cuando el valor al que apunta es de tipo int. 4.4 DECLARACIÓN DE PUNTEROS Al igual que cualquier variable, las variables punteros han de ser declaradas antes de utilizarlas. La declaración de una variable puntero debe indicar al compilador el tipo de dato al que apunta el puntero; para ello se hace preceder a su nombre con un asterisco (*), mediante el siguiente formato: tipo de dato apuntado> *<identificador de puntero>; Algunos ejemplos de variables punteros: int *ptr1; /* Puntero a un tipo de dato entero (int)*/ long *ptr2; /* Puntero a un tipo de dato entero largo (long int)*/ char *ptr3; /* Puntero a un tipo de dato char * / float *f; /* Puntero a un tipo de dato float * / Un operador * en una declaración indica que la variable declarada almacenará una dirección de un tipo de dato especificado. La variable ptr1 almacenará la dirección de un entero, la variable ptr2 almacenará la dirección de un dato tipo long, etc. Recuerda: Siempre que aparezca un asterisco (*) en una definición de una variable, ésta es una variable puntero. 4.5 INICIALIZACIÓN DE PUNTEROS AI igual que otras variables, C no inicializa los punteros cuando se declaran y es preciso inicializarlos antes de su uso. La inicialización de un puntero proporciona a ese puntero la dirección del dato correspondiente. Después de la inicialización, se puede utilizar el puntero 4

5 para referenciar los datos direccionados. Para asignar una dirección de memoria a un puntero se utiliza el operador de referencia &. Así, por ejemplo: &valor Significa «la dirección de valor». Por consiguiente, el método de inicialización (iniciación), también denominado estático, requiere: Asignar memoria (estáticamente) definiendo una variable y a continuación hacer que el puntero apunte al valor de la variable. int i; / * define una variable i * / int *p; / * define un puntero a un entero p*/ p = &i; /* aslgnd la dirección de i a p * / Asignar un valor a la dirección de memoria. *p = 50; Cuando ya se ha definido un puntero, el asterisco delante de la variable puntero indica <<el contenido de>> de la memoria apuntada por el puntero y será del tipo dado. Este tipo de inicialización es estática, ya que la asignación de memoria utilizada para almacenar el valor es fijo y no puede desaparecer. Una vez que la variable se define, el compilador establece suficiente memoria para almacenar un valor del tipo de dato dado. La memoria permanece reservada para esta variable y no se puede utilizar para otra cosa durante la ejecución del programa. En otras palabras, no se puede liberar la memoria reservada para una variable. El puntero a esa variable se puede cambiar, pero permanecerá la cantidad de memoria reservada. El operador & devuelve la dirección de la variable a la cual se aplica, Otros ejemplos de inicialización estáticos: 1. int edad = 50; /*define una variable edad de valor 50 */ int *p_edad = &edad; /*define un puntero de enteros inicializándolo con la dirección de edad */ 2. char *p; char alfa = 'A'; p = &alfa; 3. char cd[] = "Compacto'; char *c; = cd; /*c tiene la dirección de Id cadena cd * / Es un error asignar un valor, a un contenido de una variable puntero si previamente no se ha inicializado con la dirección de una variable, o bien se le ha asignado dinámicamente memoria. Por ejemplo: float *px; /*puntero a float */ *px = 23.5; /*error, px no contiene dirección*/ 5

6 Existe un segundo método para inicializar un puntero, es mediante asignación dinámica de memoria. Este método utiliza las funciones de asignación de memoria malloc( ),calloc( ),realloc( ) y free(). 4.6 INDIRECCIÓN DE PUNTEROS Después de definir una variable puntero, el siguiente paso es inicializar el puntero y utilizarlo para direccionar algún dato específico en memoria. El uso de un puntero para obtener el valor al que apunta, es decir, su dato apuntado se denomina indireccionar el puntero («desreferencia- el puntero»); para ello, se utiliza el operador de indirección *. int edad; int* p_edad; p_edad= &edad; *p_edad= 50; Si se desea imprimir el valor de edad: printf("%d",edad;) /*imprime el valor de edad * / También se puede imprimir el valor de edad dereferenciando el puntero a edad: printf("%d,*p_edad) ; /*indirecciona p_edad * / Ejemplo #3: /*El listado del siguiente programa muestra el concepto de creación, inicialización e indirección de una variable puntero*/ #include <stdio.h> char c; /*variable global de tipo carácter*/ void main() { char *pc; //un puntero a una variable carácter pc = &c; for(c ='A';c<='Z';c++) printf ("%c - ",*pc) ; } Salida: La ejecución de este programa visualiza el alfabeto. La variable puntero pc es un puntero a una variable carácter. La línea pc=&c asigna a pc la dirección de la variable c(&c). El bucle for almacena en c las letras del alfabeto y la sentencia printf( "%c",*pc ) ; visualiza el contenido de la variable apuntada por pc; c y pc se refieren a la misma posición en memoria. Si la variable c, que se almacena en cualquier parte de la memoria, y pc, que apunta a esa misma posición, 6

7 se refiere a los mismos datos, de modo que el cambio de una variable debe afectar a la otra; pc y c se dice que son alias, debido a que pc actúa como otro nombre de c. 4.7 OPERADORES DE PUNTEROS 4.8 PUNTEROS Y VERIFICACIÓN DE TIPOS Los punteros se enlazan a tipos de datos específicos, de modo que C verificará si se asigna la dirección de un tipo de dato al tipo correcto de puntero. Así, por ejemplo, si se define un puntero a float, no se le puede asignar la dirección de un carácter o un entero. Por ejemplo, este segmento de código no funcionará: float *fp; char c; fp = &c; / * no es válido * / C no permite la asignación de la dirección de c a f p, ya que f p es una variable puntero que apunta a datos de tipo real, float. C requiere que las variables puntero direccionen realmente variables del mismo tipo de dato que está ligado a los punteros en sus declaraciones. 4.9 PUNTEROS NULL Y VOID Normalmente un puntero inicializado adecuadamente apunta a alguna posición específica de la memoria. Sin embargo, un puntero no inicializado, como cualquier variable, tiene un valor aleatorio hasta que se inicializa el puntero. En consecuencia, será preciso asegurarse que las variables puntero utilicen direcciones de memoria válida. Existen dos tipos de punteros especiales muy utilizados en el tratamiento de sus programas: los punteros void y null (nulo). Un puntero nulo no apunta a ninguna parte (dato válido) en particular, es decir, «un puntero nulo no direcciona ningún dato válido en memoria». Un puntero nulo se utiliza para proporcionar a un programa un medio de conocer cuando una variable puntero no direcciona a un dato válido. Para declarar un puntero nulo se utiliza la macro NULL, definida en los archivos de cabecera stdef.h, stdio.h, stdlib.h y string.h. Se debe incluir uno o más de estos archivos de cabecera antes de que se pueda utilizar la macro NULL. Ahora bien, se puede definir NULL en la parte superior de su programa (o en un archivo de cabecera personal) con la línea: 7

8 #define NULL O Un sistema de inicializar una variable puntero a nulo es: char *p = NULL; Algunas funciones C también devuelven el valor NULL si se encuentra un error. Se pueden añadir test para el valor NULL comparando el puntero con NULL: char *p; p = malloc(121 * sizeof(char)); if (p == NULL) puts ("Error de asignación de memoria") ; Nunca se utiliza un puntero nulo para referenciar un valor. Los punteros nulos se utilizan en un test condicional para determinar si un puntero se ha inicializado. Los punteros nulos se utilizan con frecuencia en programas con arrays de punteros. Cada posición del array se inicializa a NULL; después se reserva memoria dinámicamente y se asigna a la posición correspondiente del array, la dirección de la memoria. En C se puede declarar un puntero de modo que apunte a cualquier tipo de dato, es decir, no se asigna a un tipo de dato específico. El método es declarar el puntero como un puntero void *, denominado puntero genérico. void *ptr; / * declara un puntero void, punlero genérico * / El puntero ptr puede direccionar cualquier posición en memoria, pero el puntero no está unido a un tipo de dato específico. De modo similar, los punteros void pueden direccionar una variable float, una char, o una posición arbitraria o una cadena. Recuerde: No confundir punteros void y NULL. Un puntero nulo no direcciona ningún dato válido. Un puntero void direcciona datos de un tipo no especificado. Un puntero void se puede igualar a nulo si no se direcciona ningún dato válido. Nulo es un valor; void es un tipo de dato. 8

9 4.10 PUNTEROS A PUNTEROS Un puntero puede apuntar a otra variable puntero. Este concepto se utiliza con mucha frecuencia en programas complejos de C. Para declarar un puntero a un puntero se hace preceder a la variable con dos asteriscos (**). La declaración de un puntero a puntero se realiza de la siguiente manera: tipo **nombre_puntero; En el ejemplo siguiente ptr5 es un puntero a un puntero. int valor_e = 100; int *ptr1 = &valor_e; int **ptr5 = &ptr1; ptri y ptr5 son punteros. Ptr1 apunta a la variable valor_e de tipo int. ptr5 contiene la dirección de ptr1. Se puede asignar valores a valor_e con cualquiera de las sentencias siguientes: valor_e = 95; *ptrl= 105; / * Asigna 105 a valor_e* / **ptr5 = 99; / * Asignd 99 a valor_e * / 4.11 PUNTEROS Y ARRAYS Los arrays y punteros están fuertemente relacionados en el lenguaje C. Se pueden direccionar arrays como si fueran punteros y punteros como si fueran arrays. La posibilidad de almacenar y acceder a punteros y arrays, implica que se pueden almacenar cadenas de datos en elementos de arrays. Sin punteros eso no es posible, ya que no existe el tipo de dato cadena en C. No existen variables de cadena. Únicamente constantes de cadena. 9

10 NOMBRES DE ARRAYS COMO PUNTEROS Un nombre de un array es simplemente un puntero. Supongamos que se tiene la siguiente declaración de un array: int lista [5] = {10,20,30,40,50}; Si se manda visualizar lista[o] se visualizará 10. Pero, qué sucederá si se manda visualizar *lista? Como un nombre de un array es un puntero, también se verá 10. Esto significa que: lista+o apunta a lista[o] lista+1 apunta a lista[1] lista+2 apunta a lista[2] lista+3 apunta a lista[3] lista+4 apunta a lista[4] Por consiguiente, para imprimir (visualizar), almacenar o calcular un elemento de un array, se puede utilizar notación de subíndices o notación de punteros. Dado que un nombre de un array contiene la dirección del primer elemento del array, se debe indireccionar el puntero para obtener el valor del elemento. El nombre de un array es un puntero, contiene la dirección en memoria de comienzo de la secuencia de elementos que forma el array. Es un puntero constante ya que no se puede modificar, sólo se puede acceder para indexar a los elementos del array. En el ejemplo se pone de manifiesto operaciones correctas y erróneas con nombres de array. float v[10]; float *p; floa x = 100.5; int j; /* se indexa a partir de v * / for (j= 0; j<10; j++) *(v+j) = j*10.0; p = v+4; /*se asigna la dirección del quinto elemento*/ v = &x; /*error: intento de modificar un puntero constante */ 10

11 VENTAJAS DE LOS PUNTEROS Un nombre de un array es una constante puntero, no una variable puntero. No se puede cambiar el valor de un nombre de array, como no se pueden cambiar constantes. Esto explica por qué no se pueden asignar valores nuevos a un array durante una ejecución de un programa. Por ejemplo, si cnombre es un array de caracteres, la siguiente sentencia no es válida en C: cnombre = "Mi Nicaragua"; Se pueden asignar valores al nombre de un array sólo en el momento de la declaración, o bien utilizando funciones, tales como (ya se ha hecho anteriormente) strcpy( ). Se pueden cambiar punteros para hacerlos apuntar a valores diferentes en memoria. El siguiente programa muestra como cambiar punteros. El programa define dos valores de coma flotante. Un puntero de coma flotante apunta a la primera variable v1 y se utiliza en printf(). El puntero se cambia entonces, de modo que apunta a la segunda variable de coma flotante v2. #include <stdio.h> int main() { float v1 = ; float v2 = ; float *p_v; p_v = &v1; printf ("El primer valor es %f \n",* p_v) ; //se imprime p_v = &v2; printf("e1 segundo valor es %f\n",* p_v) ; //se imprime return 0; } Salida: Por esta facilidad para cambiar punteros, la mayoría de los programadores de C utilizan punteros en lugar de arrays. Como los arrays son fáciles de declarar, los programadores declaran arrays y a continuación utilizan punteros para referencia a los elementos de dichos arrays. 11