Laboratorio di Linguaggi lezione V Marco Tarini Università dellInsubria Facoltà di Scienze...

Laboratorio di Linguaggi

lezione V

Marco Tarini

Università dell’Insubria

Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali di Varese

Corso di Laurea in Informatica

Anno Accademico 2006/07

M a r c o T a r i n i ‧ L a b o r a t o r i o d i L i n g u a g g i ‧ 2 0 0 6 / 0 7 ‧ U n i v e r s i t à d e l l ’ I n s u b r i a

Laboratorio di Linguaggi

• docente: Marco Tarini e-mail: [email protected]

• ricevimento: Mercoledì dalle 11:00o anche su appuntamento

• libro di testo consigliato:Kelley Al, Pohl Ira:"C Didattica e Programmazione" ("A Book on C")quarta edizione - anche la terza va bene


E' arrivato il momento de...

I PUNTATORI


Puntatori: intro

• Una tipo variabile che contiene un indirizzo di una locazione di memoria: – l'indirizzo di un'altra variabile!


Puntatori: sintassi della definizione

int* pippo; " pippo " è una var di tipo int*, cioè puntatore ad intero

int *pippo;" *pippo " (cioè il valore puntato da pippo)è una var di tipo intero

o se preferite:


Puntatori: sintassi dell'uso

pippo il valore del puntatore.

*pippo il valore dell'oggetto puntato.

entrambi possono essere sia letti che assegnati (possono comparire da entrambi i lati di un assegnamento)


Puntatori: significato

int* pippo;

0x612A0230

0x612A022C

0x612A0228

0x612A0224

0x612A0220

0x612A021C

0x612A0218

0x612A0214 00 00 00 FF

01 22 00 AB

21 00 00 00

12 23 D2 FF

FF 02 41 A4

61 2A 02 1C

00 00 00 A0

12 33 A3 D0

variabile tipo locazione

pippo int* 0x612A22Cindirizzo

pippo (il puntatore stesso) vale...

*pippo (la variabile puntata da pippo) vale...

*pippo

pippo

m e

m

o

r

i a

(il puntatore stesso) vale... 0x612A021C

(la variabile puntata da pippo) vale... 0x000000A0


Cambiare il valore del puntatore

pippo++;

0x612A0230

0x612A022C

0x612A0228

0x612A0224

0x612A0220

0x612A021C

0x612A0218

0x612A0214 00 00 00 FF

01 22 00 AB

21 00 00 00

12 23 D2 FF

FF 02 41 A4

61 2A 02 1C

00 00 00 A0

12 33 A3 D0



*pippo

pippo

+4

61 2A 02 20

pippo

*pippo



m e

m

o

r

i a


Cambiare il valore del puntatore

pippo++;

0x612A0230

0x612A022C

0x612A0228

0x612A0224

0x612A0220

0x612A021C

0x612A0218

0x612A0214 00 00 00 FF

01 22 00 AB

21 00 00 00

12 23 D2 FF

FF 02 41 A4

61 2A 02 1C

00 00 00 A0

12 33 A3 D0



*pippo

pippo61 2A 02 20

pippo

*pippo



0x612A0220

0x1223D2FF

m e

m

o

r

i a


Algebra dei Puntatori

equivalente a

double *p;...

p[ 5 ]

*(p + 5)


Zucchero sintattico

typedef struct { char nome[24]; char cognome[24]; int peso;} Persona;

Persona *p;

...

*p.peso

come accedo al campo peso della Persona puntata da p?

(*p).peso

p->peso

o, equivalentemente, con l'apposito operatore "freccina":

p.peso* ( )interpretato

come


Zucchero sintattico


void pippo(Persona p) { ... if (p.peso == ... ) ...}


void pippo(Persona* p) { ... if (p->peso == ... ) ...}


Assegnare i Puntatori

• In memoria, un puntatore è un indirizzo di memoria– (...di una variabile)– (...di cui e' noto il tipo)

• Bene, ma quale indirizzo?

– Modo 1: prendere l'indirizzo di una variabile esistente• il puntatore punterà a quella variabile

– Modo 2: allocare (riservare, prenotare) della memoria libera

• il puntatore punterà ad una nuova variabile, memorizzata nella memoria così riservata

• la nuova variabile è allocata dinamicamente!



• Modo 1: prendere l'indirizzo di una variabile esistente– il puntatore punterà a quella variabile

• Operatore "ampersand" ( )

• Esempio:

&

double d = 9.0;double *p;

p = &d;

*p = 21.5;printf("%f",*p);

il puntatore ppuntaall'indirizzo dimemoriadove vive lavariabile d

scrivi il valoredi *p .

Cosa scrive?

printf("%f",d);scrivi il valoredi d .

Cosa scrive?


Operatore & e i tipi

• se y è una var di tipo T...

& yT

T*


Operatore & e vettori

int numeri[]={10,20,30,40}; int *punt;

punt = & numeri;

errore di tipo!numeri nonè mica di tipoint !

(e quindi&numeri nonè di tipoint* )

punt = & (numeri[0]);

scrivere invece:

oppure anche:

punt = numeri;

int i; for (i=0; i<4; i++) { printf("%d ", numeri[i]);}

scriviamo tutti e 4 i numeri:

int i; for (i=0; i<4; i++) { printf("%d ", *(punt++));}

usando i puntatori:


Altro Esempio

char stringa[]="puntatore"; int i; while (stringa[i]) { stringa[i] = maiuscolo(stringa[i]); i++;}

char stringa[]="Puntatore"; char *p = stringa; while (*p) { *p = maiuscolo( *p ); p++;}

'p'

'u'

'n'

't'

'a'

't'

'o'

'r'

'e'

0

stringa[0]

stringa[1]

stringa[2]

stringa[3]

stringa[4]

stringa[5]

stringa[6]

stringa[7]

stringa[8]

stringa[9]

stringa p

p

p

p

p

p

p

p

p

p


Uso dei Puntatori come Parametri

• vi ricordate quel problemino?

void raddoppia (int x){ x = x * 2;}

int main(){ int incassi = 5; raddoppia( incassi ); ...}

void raddoppia (int x){ x = x * 2;}

int main(){ int incassi = 5; raddoppia( incassi ); ...}

*

* *

&

Remember: in C i paramatri sono passati per copia !



• un'altra motivazione possibile: efficienza

int eta_fra_10_anni (Persona pp){ return pp.eta + 10;}

int eta_fra_10_anni (Persona * pp){ return pp->eta + 10;}

ogni volta che si chiama questa funzione, vengono copiati sizeof(Persona) bytes.

ogni volta che si chiama questa funzione, vengono copiati sizeof(Persona*) bytes.

typedef struct { char nome[20]; char cognome[20]; int eta; Esami* esami_sostenuti[50];} Persona;



• un'altra motivazione possibile: efficienzaint eta_fra_10_anni (Persona pp){ return pp.eta + 10;}

int eta_fra_10_anni (Persona * pp){ return pp->eta + 10;}

inefficiente efficiente

• più informazione presente nel codice per il programmatore (un po' come un commento)• più ottimizzazioni possibili da parte del compilatore• più controllo di errori a tempo di compilazione

(per esempio se per sbaglio si tenta di cambiare il valore del parametro)

In questi casi, però, meglio aggiungere anche la keyword const :

int eta_fra_10_anni (const Persona * pp){ return pp->eta + 10;}



• Riassumendo:void Procedura( TipoParametro x){ ...}

void Procedura( TipoParametro* x){ ...}

void Procedura( const TipoParametro* x){ ...}

passaggio di parametro per copia

(l'unico possibile in C)

tecnicamente, altripassaggi di parametro per copia

ma ciò che si copia è un puntatore, cioè un riferimento!

in pratica, (simulazione di) un passaggio di parametro per riferimento



• Riassumendo:void Procedura( TipoParametro x){ ...}

void Procedura( TipoParametro* x){ ...}

void Procedura( const TipoParametro* x){ ...}

usare quando la procedura non deve cambiare il valore del parametro

usare quando la procedura deve cambiare il valore del parametro

usare quando la procedura non deve cambiare il valore del parametro

...ma sarebbe troppo oneroso fare la copia del parametro(parametro voluminoso!)(chiaramente, lo stesso vale per le

funzioni)



• In memoria, un puntatore è un indirizzo di memoria– (...di una variabile)– (...di cui e' noto il tipo)

• Bene, ma quale indirizzo?

– Modo 1: prendere l'indirizzo di una variabile esistente• il puntatore punterà a quella variabile

– Modo 2: allocare (riservare, prenotare) della memoria libera

• il puntatore punterà ad una nuova variabile, memorizzata nella memoria così riservata

• la nuova variabile è allocata dinamicamente!


Allocazione

void* malloc(unsigned int n);

funzione malloc ( sta per memory allocation )

1 - alloca n bytes di memoria.

2 - restituisce l' indirizzo della memoria appena allocata

• sotto forma di puntatore generico !

• " " puntatore generico, puntatore senza tipo, in pratica, un semplice indirizzo di memoria

void*


Allocazione: esempio

int* p;p = malloc( ? );

Errore di tipo!

A sx abbiamo un (int*) mentre a dx un (void*)

Il tipo è diverso, ma si tratta sempre di un indirizzo di memoria!

int* p;p = (int*) malloc(4);

Soluzione: basta fare un type-cast:

4


Allocazione: e se la memoria finisce?

void* malloc(unsigned int n);

Se non c'è più memoria, l'allocazione "fallisce"

e malloc restituisce il valore speciale NULL• semanticamente, NULL è un "puntatore che non punta a nulla"

• NULL è rappresentato dal valore 0

Il valore resituito dalle malloc va controllato !int* p;p = (int*) malloc(4);if (p == NULL) { /* finita memoria ... */}

oppure,più coincisamente

if (!p) {


Allocazione

Il costrutto sizeof è estremamente utile con le malloc.

Usare sempre, anche con i tipi base• int, short, float, double...

• remember: il C non prescrive quanti bytes occupano!

typedef struct { /*blah blah... un sacco di campi, array...*/} TipoStrano TipoStrano* p;p = (TipoStrano *) malloc(sizeof(TipoStrano));


Dellocazione

void free(void* p);

libera la memoria che era stata allocata all'indirizzo p.

Nota: p deve essere il risultato di una malloc!int* p;p = (int*) malloc(sizeof(int));... /* Qui uso (*p) */free(p);

se mi dimentico di deallocare, ho un cosiddetto memory leak

Remember: non c'è alcuna garbage collection in C !


Allocazione e Deallocazione: esempio

int proc() { int k; k=15;

... /* lavora con k */

return 0;};

int proc() { int* k; k = (int*)malloc( sizeof(int) ); *k = 15;

... /* lavora con *k */

free(k); return 0;};

k viene automaticamente allocato (i 4 bytes di memoria necessari al suo immagazzinamento vengono "prenotati").

k viene inizializzato (a 15)

all'uscita dalla procedura, i 4 bytes sono resi di nuovo disponibili

k viene esplicitamente allocato. (a tempo di esecuzione, si trovano i 4 bytes di memoria necessari al suo immagazzinamento. La locazione viene memorizzata in k).

k viene inizializzato (a 15)

all'uscita dalla procedura, dobbiamorendere i 4 bytes di nuovo disponibiliesplicitamente

usando l'allocazione dinamica:


Vi ricordate di quell'altro problemino...

• Cosa succede, se non si sa a priori* quanti elementi di un array ci serviranno**? – * quando scriviamo il programma– ** a tempo di esecuzione

• Necessità allocazione dinamica di array.


Allocazione di vettori

(void*) calloc(unsigned int n, unsigned int size);

calloc = contiguous allocation

Alloca n elementi contigui ciascuno grande size.

In pratica, alloca un area di memoria grande n x size

Per il resto, funziona come malloc

Esempio:int* p;p = (int*) calloc(100000,sizeof(int) );

Alloca un vettore di 100000 interi.



• Ricordiamoci sempre:

int* v = (int*) calloc(100000,sizeof(int) );

int v[100000];

A) fixed size vector:

B) vettore allocato dinamicamente:

• In entrambi i casi:• ho un vettore di 100000 interi• posso scrivere ad esempio:

v[2]= v[0] + 3 * v[1] ;





int v[100000];



• Differenza 1: dimensione variabile• se x è una var intera, posso scrivere:

• ma non posso scrivere:

int* v = (int*) calloc(x,sizeof(int) );

int v[x];

qua è richiesta una costante!





... /* usa v */

free(v);

int v[100000];



• Differenza 2: se ho allocato, devo deallocare



• Differenza 3: fixed size = più efficiente• il solito prezzo da pagare per l'uso dei puntatori...• ...maggiorato• mettiamo che v valga 0xAA000000 :• se fixed:• se dinamco:



v[2]

int v[100000];




compilazione

compilazionev[2]READ TEMP0 0xAA000000ADD TEMP0 8READ TEMP TEMP0

READ TEMP 0xAA000008

0xAA000000 + 2 x sizeof(int)ma precalcolato staticamente


• Differenza 4: • vengono allocati in zone diverse della

memoria...• come vedremo nella lezione sulla

gestione della memoria



int v[100000];





Puntatori: operazioni a basso livello

Esercizio:

• Sappiamo che un double occupa 8 bytes.• Dato un double, quale è il valore di questi

8 bytes?• Per esempio, quali 8 bytes compongono il

valore 3.14159256 ?

un numero in virgola mobilea doppia precisione

di solito, ma dipende dall'implementazione



spazio riservato per la variabile d (8 bytes)

int main(){

1B903C321B903C33

1B903C341B903C35

1B903C361B903C37

1B903C381B903C39

1B903C3A1B903C3B

1B903C3C

dobule d;



1B903C321B903C33

1B903C341B903C35

1B903C361B903C37

1B903C381B903C39

1B903C3A1B903C3B

1B903C3C


c o d i f i c a d i 3 . 1 4 1 5 9 2 5 6

int main(){ dobule d; d = 3.14159256; Byte * v ;

un puntatore a Byte che farà da vettore di Bytes

ma il tipo "Byte" non è definito! Definirlo, ad es fuori dalla proc "main" (vedere lez. 2)


v = & d;


1B903C321B903C33

1B903C341B903C35

1B903C361B903C37

1B903C381B903C39

1B903C3A1B903C3B

1B903C3C


c o d i f i c a d i 3 . 1 4 1 5 9 2 5 6

int main(){ dobule d; d = 3.14159256; Byte * v ;

v[0]

v[1]

v[2]

v[3]

v[4]

v[5]

v[6]

v[7]

for (i=0; i<8; i++) printf("%d,",v[i]);

v = (Byte*) & d; for (i=0; i< sizeof(double); i++) printf("%d,",v[i]);

int i;

};



• A casa, provate questo programma, e scopriamo:– quali sono gli 8 bytes che compongono il double 3.14159256– quali sono gli 8 bytes che compongono il double 6.022 x 1023

• e, adattando il programma agli interi:– quali sono i 4 bytes che compongono l'int +1000000

– quali sono i 4 bytes che compongono l'int +1

– quali sono i 4 bytes che compongono l'int -1

• a seconda di quale architettura viene usata, potremmo trovare risposte diverse!– domanda: sarebbe potuto succedere in Java?


Puntatori

• Molto potenti...– vettori di dimensione determinata

dinamicamente– passaggio di parametri per riferimento

• in un linguaggio che prevede passaggio solo per copia

– possibilità di scrivere codici più efficienti– controllo diretto delle risorse, a basso livello– strutture dati flessibili

• per esempio:

typedef struct { char nome[20]; char cognome[20]; int eta; Persona* padre, madre;} Persona;


Puntatori

• Molto potenti...

"Ad un grande potere corrisponde una grande responsabilità."

– lo zio di Spiderman

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