EINI-I Einführung in die Informatik für Naturwissenschaftler und Ingenieure I Kapitel 5 Claudio...

EINI-IEINI-IEinführung in die Informatik Einführung in die Informatik für Naturwissenschaftler und für Naturwissenschaftler und

Ingenieure IIngenieure I

Kapitel 5

Claudio Moraga; Gisbert Dittrich

FBI Unido

[email protected]

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Kap 5: Zeiger Vorl “EINI-I"

20.11.2000

Gliederung Kapitel 5Gliederung Kapitel 5

• Zeiger– Grundbegriffe– Zeiger und Felder– Beispiel: Zeichenketten– Funktionen als Parameter– Mehrdimensionale Felder

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VariableVariable

• hat:– Namen– Typ

• u.a. Wertebereich, aus dem Werte angenommen werden

– Wert (aus dem Wertebereich oder "undefiniert")

• ist realisiert im Speicher durch:– Speicherplatz, der

• hat : Adresse

• Anmerkung: Nicht immer alle Angaben verfügbar !

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VariableVariable

• Anmerkungen:– Adresse: Eindeutiger Identifikator des Speicherplatzes

– Größe des Speicherplatzes abhängig vom Typ der Variablen.

– Bildliche Darstellungen:

oder auch:

WertAdresse

Name Typ nicht explizit

angegeben !

WertAdresse

Name-99

B

123

Beispiel:

Speicherplatz

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Grundbegriffe ZeigerGrundbegriffe Zeiger

• Neu: Adressen können jetzt Werte von Variablen sein !! (Typisiert!)

• Zeiger:– Vereinbarung: T *var; – var ist Variablenname, der Adressen von Variablen

vom Typ "T" annimmt.

•Typ int

-99B

12301230

34567var

Beispiel:

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-99B

12301230

34567var

Beispiel:

Gängige alternative Darstellung:

-99B

12301230

34567var

Beispiel:

-99B

1230var -99B

var-99var-99

B

12301230var

Beispiel:

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• Sei var Variablenname:

&var liefert die Adresse von var• Sei wo Name eines Zeigers (Speicherreferenz),

so liefert

*wo die Variable, auf die wo zeigt.• Referenzen sind typisiert: es wird angegeben,

welcher Typ sich hinter einer Adresse verbirgt (z. B. Referenz auf einen Wert vom Typ int).

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BeispieleBeispiele

&k ist die Adresse der ganzen Zahl k,

t ist als Zeiger auf eine Variable vom Typ float definiert, beinhaltet also eine Adresse adr einer derartigen Variablen

*t = 17.14 speichert damit den Wert 17.14 unter dieser Adresse adr

int k;float *t;

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BeispieleBeispiele

Definiert seienint A=1, B=-99;

Nach ZeigerA = &A hat ZeigerA also als Wert die Adresse der Variablen A:

-99B

1A

ZeigerA

int *ZeigerA, *ZeigerB;D.h.: die Variablen ZeigerA und ZeigerB enthalten Adressen ganzer Zahlen.

ZeigerB

ZeigerA

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Beispiele (Forts.)Beispiele (Forts.)

-99B

-99A

ZeigerA

Nach *ZeigerA = B enthält der Speicherplatz,dessen Adresse ZeigerA ist, den Wert von B, also:

-99B

1A

ZeigerA

Situation nach:B = B * B;

9801B

-99A

ZeigerA

ZeigerBZeigerB = &B;*ZeigerA = *ZeigerB;

9801B

9801A

ZeigerA

Es gilt *ZeigerA == 1

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MerkeMerke

• *ZeigerA spricht den Speicherplatz an, auf den ZeigerA zeigt:

weil ZeigerA eine Referenz ist, gibt *ZeigerA den Inhalt dieser Referenz an (man spricht von Dereferenzieren: von der Referenz/Adresse zum dadurch bez. Speicherplatz übergehen)

• &B auf der linken Seite einer Zuweisung ist illegal:

die Adressen werden von Compiler oder vom Laufzeitsystem gesetzt, aber nicht vom Benutzer

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Vertausche zwei Werte

Was geschieht in Tausch?

void Tausch (int a, int b) {int temp;temp = a;a = b;b = temp;

}

Der Tauschbleibt lokal aufdie Funktion

beschränkt (wg.call by value)

BeispielBeispiel

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BeispielBeispiel

Was geschieht in AdrTausch?

void AdrTausch(int *p, int *q) { int temp; temp = *p; *p = *q; *q = temp;}

temp nimmt den Inhalt von *p auf

Der Inhalt von *q

wird als Inhalt von *p

gespeichert

Der Inhalt von *q ist der in temp gespeicherte Wert

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Beispiel (Bildchen)Beispiel (Bildchen)

30p

-121q

undeftemp

temp = *p;

*p = *q;

Dadurch ist sog. call by reference möglich

*q = temp;

30p

-121q

30temp

-121p

-121q

30temp

-121p

30q

30temp

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// K5-P1:// Tauschen Adressen als Parameter// // Demonstriert Adressen als Parameter//

#include <iostream.h>

void Tausch (int, int);void AdrTausch(int *, int *); // Funktionsprototypen

main() {void Tausch(int, int);void AdrTausch(int *, int *);int x = 30, y = -121;cout << "vor Tausch: x = " << x << ", y = " << y << endl;Tausch(x, y);cout << "nach Tausch: x = " << x << ", y = " << y << endl;cout << "oh! (klar: call by value)\n";cout << "vor AdrTausch: x = " << x << ", y = " << y << endl;AdrTausch(&x, &y);cout << "nach AdrTausch: x = " << x << ", y = " << y << endl;

}

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void Tausch (int a, int b) {int temp;temp = a;a = b;b = temp;

}

void AdrTausch (int *p, int *q) { int temp; temp = *p; *p = *q; *q = temp;}

• Ausführen

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Felder und ZeigerFelder und Zeiger

• Sei deklariertint a[10], x, *pa;

• Dann:pa = &a[0] setzt pa als Zeiger auf das

erste Element von a x = *pa würde also a[0] nach x kopieren.

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• pa+1,..., pa+9 zeigen auf die Elemente a[1],...,a[9]– es gilt also *(pa+i) = a[i]

für i = 0, ..., 9

• Allgemein: ist deklariert T *p;(p ist also ein Zeiger auf Elemente vom Typ T), dann bezeichnet p+i das Element vom Typ T, das von p um i*sizeof(T) entfernt liegt.

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• pa ist eine Zeiger-Variable, a ist ein Feld mit Elementen vom Typ int, also sind z. B. a=pa, a++ illegal.

• Bei Funktionsaufrufen werden Felder als aktuelle Parameter als Zeiger auf das jeweils erste Element interpretiert!

• Damit erklärt sich, daß Kopiere korrekt funktioniert.

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void strcpy (char nach[ ], char von[ ]) {int i = 0;while ((nach[i] = von[i]) ! = '\0') i++;}

Kopiert bekanntlich die Zeichenkette von indie Zeichenkette nach.

Die Zeichenketten werden als Felder dargestellt.

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void strcpy (char *s, *t) { while ((*s++ = *t++) ! = '\0');}*s++ dereferenziert s und schaltet die Adresse dann

um sizeof(char) weiter

[also zu lesen (*s)++].

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• merke: (*s++ = *t++) ! = '\0' liefert den Wert 0, falls das Ende der Zeichenkette t erreicht ist (dann soll ja auch die while-Schleife abbrechen)

• die eigentliche Arbeit findet in dieser Zuweisung statt, daher ist der Anweisungsblock in der while-Schleife leer.

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Vergleich von ZeichenkettenVergleich von Zeichenketten

Sind a und b Zeichenketten, so soll der ganzzahlige Wert strcmp(a, b) den lexikographischen Vergleich von a und b ermöglichen. Es soll gelten:– strcmp(a, b) ist negativ, wenn a kleiner als b ist,– strcmp(a, b) ist Null, wenn a gleich b ist,– strcmp(a, b) ist positiv, wenn a größer als b ist,

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int strcmp (char *s, char *t) {

int k = 1; for (;*s == *t; s++, t++) if (*s == '\0') k = 0; if (k > 0) k = (*s - *t);

return k;}

Die Zeichenketten werden durchlaufen, solangesie identische Zeichen haben

tritt dabei das Ende einerKette auf, sind sie identisch

sonst wird dieDifferenz berechnet

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Version mit Feldern

int strcmp (char s[], char t[]) {int i = 0, k = 1;while (s[i] == t[i])

if (s[i++] == '\0')k = 0;

if (k > 0) k =(s[i] - t[i]);

return k;}

Felder und Zeiger

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// K5-P2: Zeiger und Felder// // Demonstriert Zeiger und Felder//


main(){ int v1[10];int i;

// Feld v1 initialisieren

cout << "ursprüngliches Feld v1:\n"; for (i=0;i<10;i++)

{ v1[i] = 100 + i;cout << v1[i] << " ";

}

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cout << "\n\n" << "kopiertes Feld z1:\n";

// kopieren und Ausgabe ueber Zeiger

int *z1; z1 = v1;

for (i=0;i<10;i++){ cout << *z1 << " ";z1=z1+1;

}cout << '\n';

}

• Ausführen

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v1 ...

int v1[10];

int *z1;

z1

z1 = v1;

Zur Erinnerung

v1 ...

Adr.

v1[0] v1[9]

z1 = z1+1;

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main(){ int v1[10]; int i;

cout << "ursprüngliches Feld v1:\n"; for (i=0;i<10;i++)

{ v1[i] = 100 + i;cout << v1[i] << " ";

}

cout << "\n\n" << "kopiertes Feld z1:\n";

int *z1; z1 = v1;

for (i=0;i<10;i++){ cout << *z1 << " ";z1=z1+1;

}cout << '\n';

}

// Feldname als Zeiger

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Funktionen als ParameterFunktionen als Parameter

• In C++ nicht direkt möglich. • Wohl aber: Übergabe eines Zeigers auf eine

Funktion Zeiger auf Funktionen

Beachte: int (*f)() im Vergleich zu int *f():

•int (*f)(): Zeiger auf eine Funktion ohne Argumente mit Rückgabe Wert int•int *f(): Funktion ohne Argument, die einen Zeiger auf int zurückgibt

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Zeiger auf Funktionen; Namen von Funktionen

Funktionsname

Speicherbereich, wo das Programm der

Funktion abgespeichert ist

Adr.BspFunktion

char BspFunktion(char, char); // Funktionsprototyp

char (*z)(char, char);

z

z = BspFunktion; cout << (*z)(‘A‘, ‘B‘) << endl; // Funktionsaufruf über z

// Übergabe der Adresse der Funktion

// Zeiger auf Funktion gleicher Art

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#include<iostream.h>

int max(int x, int y){ int min(int x, int y){int k ; int k ;if (x > y) k = x; if (x < y) k = x;else k = y; else k = y;return k; } return k; }

main ( ) {int a = 1936, b = 6391;int (*f)(int, int); //Zeiger auf Funktion

while(1) {char c;cout <<"(max = 1),(min = 0),(abbruch = sonst)?\n";cin >> c;if (c == '1') f = max; //Zuweisung von maxelse if (c == '0') f = min; //Zuweisung von min

else break;cout << (*f)(a,b) << '\n';}}

// Zeiger auf Funktionen// // Demonstriert Zeiger auf Funktionen//


int sum1(int); int sum2(int);int Summiere(int (*f)(int));

main() {cout << "\terste Summe: "

<< Summiere(sum1) << "\n\n";cout << "\tzweite Summe: "

<< Summiere(sum2) << endl;}

// Funktionsprototypen

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int sum1(int n) {int i, s = 0;for(i = 0; i < n; i++) s = s + 1;return s;

}

int sum2(int n) {int i, s = 0;for(i = 0; i < n; i++) s = s - 2;return s;

}

int Summiere(int (*f)(int)) {int lauf, sum=0;for (lauf = 0; lauf < 7; lauf++) {

cout << "(*f)(" << lauf << ") = " << (*f)(lauf) << endl;

sum = sum + (*f)(lauf);}return sum;

}

•Ausführen

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Mehrdimensionale FelderMehrdimensionale Felder

• In C++ sind mehrdimensionale Felder möglich (Details später).

• Beispiel: int matrix [3][7] – beschreibt eine Matrix mit drei Zeilen und sieben

Spalten, deren Elemente vom Typ int sind,– Beachte: int matrix [3][7] beschreibt 7 Elemente vom

Typ int matrix [3].– int matrix [3, 7] ist in C++ syntaktisch nicht legal.

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