c dl SPiC (Teil C, SS 11) 13 Zeiger und Felder 13.1 Zeiger Einführung 13 1 Zeigervariable := Behälter für Verweise ( Adresse) Beispiel int x = 5;

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1 Überblick: Teil C Systemnhe Softwreentwicklung Einordnung: Zeiger (Pointer) Literl: Drstellung eines Wertes Progrmmstruktur und Module Vrible: Bezeichnung chr ; eines Dtenobjekts Behälter für einen Wert 13 Zeiger und Felder 14 µc-systemrchitektur Zeiger-Vrible: chr *p = &; Behälter für eine Referenz uf eine Vrible ein p c dl SPiC (Teil C, SS 11) 13 Zeiger und Felder 13.1 Zeiger Einführung 13 1 Zeiger (Pointer) Eine Zeigervrible (Pointer) enthält ls Wert die Adresse einer nderen Vriblen Ein Zeiger verweist uf eine Vrible (im Speicher) Über die Adresse knn mn indirekt uf die Zielvrible (ihren Speicher) zugreifen Drus resultiert die große Bedeutung von Zeigern in C Funktionen können Vriblen des Aufrufers verändern 9 5 (cll-by-reference) Speicher lässt sich direkt nsprechen Effizienz durch Effizientere Progrmme Mschinennähe 3 14 Aber uch viele Probleme! Progrmmstruktur wird unübersichtlicher (welche Funktion knn uf welche Vriblen zugreifen?) Zeiger sind die häufigste Fehlerquelle in C-Progrmmen! Definition von Zeigervriblen Zeigervrible := Behälter für Verweise ( Adresse) Syntx (Definition): Typ * Bezeichner ; Beispiel int x = 5; x 5 int *; int y; = &x; y = *; ➋ y 5 ➋ c dl SPiC (Teil C, SS 11) 13 Zeiger und Felder 13.1 Zeiger Einführung 13 2 c dl SPiC (Teil C, SS 11) 13 Zeiger und Felder 13.2 Zeiger Definition 13 3

2 Adress- und Verweisopertoren Zeiger ls Funktionsrgumente Adressopertor: & x Der unäre &-Opertor liefert die Referenz ( Adresse im Speicher) der Vriblen x. Verweisopertor: * y Der unäre * -Opertor liefert die Zielvrible ( Speicherzelle / Behälter), uf die der Zeiger y verweist (Dereferenzierung). Es gilt: (* (& x)) x Der Verweisopertor ist die Umkehropertion des Adressopertors. Achtung: Verwirrungsgefhr (*** Ich seh überll Sterne ***) Ds * -Symbol ht in C verschiedene Bedeutungen, je nch Kontext 1. Multliktion (binär): x * y in Ausdrücken 2. Typmodifizierer: uint8_t *p1, *p2 typedef chr* CPTR in Definitionen und Deklrtionen Prmeter werden in C immer by-vlue übergeben 9 5 Prmeterwerte werden in lokle Vriblen der ufgerufenen Funktion kopiert Aufgerufene Funktion knn ttsächliche Prmeter des Aufrufers nicht ändern Ds gilt uch für Zeiger (Verweise) Aufgerufene Funktion erhält eine Kopie des Adressverweises [ GDI, II-89] Mit Hilfe des *-Opertors knn drüber jedoch uf die Zielvrible zugegriffen werden und diese verändert werden Cll-by-reference 3. Verweis (unär): x = *p1 in Ausdrücken Insbesondere 2. und 3. führen zu Verwirrung * wird fälschlicherweise für ein Bestndteil des Bezeichners gehlten. c dl SPiC (Teil C, SS 11) 13 Zeiger und Felder 13.2 Zeiger Definition 13 4 c dl SPiC (Teil C, SS 11) 13 Zeiger und Felder 13.3 Zeiger und Funktionen 13 5 Zeiger ls Funktionsrgumente (Forts.) Beispiel (Gesmtüberblick) Zeiger ls Funktionsrgumente (Forts.) void swp (int *, int *); int min() int =47, b=11; swp(&, &b); void swp (int *, int *) b ➍ ➋ void swp (int *, int *); int min() int =47, b=11; swp(&, &b); void swp (int *, int *) 47 b 11 tmp = *; ➋ * = *; * = tmp; ➍ tmp tmp

3 Zeiger ls Funktionsrgumente (Forts.) Zeiger ls Funktionsrgumente (Forts.) void swp (int *, int *); int min() int =47, b=11; swp(&, &b); 47 b 11 void swp (int *, int *); int min() int =47, b=11; swp(&, &b); 47 b 11 void swp (int *, int *) tmp void swp (int *, int *) tmp = *; ➋ * tmp Zeiger ls Funktionsrgumente (Forts.) Zeiger ls Funktionsrgumente (Forts.) void swp (int *, int *); int min() int =47, b=11; swp(&, &b); 47 b 11 void swp (int *, int *); int min() int =47, b=11; swp(&, &b); 11 b 11 void swp (int *, int *) tmp = *; ➋ * = *; * * tmp 47 void swp (int *, int *) tmp = *; ➋ * = *; tmp 47

4 Zeiger ls Funktionsrgumente (Forts.) Einordnung: Felder (Arrys) [ Jv] void swp (int *, int *); int min() int =47, b=11; swp(&, &b); void swp (int *, int *) tmp = *; ➋ * = *; * = tmp; ➍ 11 b 47 ➍ tmp 47 Feldvrible := Behälter für eine Reihe von Werten desselben Typs Syntx (Definition): Typ Bezeichner [ IntAusdruck ] ; Typ Typ der Werte [=Jv] Bezeichner Nme der Feldvriblen [=Jv] IntAusdruck Beispiele: sttic uint8_t LEDs[ 8*2 ]; void f( int n ) uto chr [ NUM_LEDS * 2]; uto chr b[ n ]; Konstnter Gnzzhl-Ausdruck, definiert die Feldgröße ( Anzhl der Elemente). Ab C99 drf IntAusdruck bei uto-feldern uch vribel (d. h. beliebig, ber fest) sein. // constnt, fixed rry size [ Jv] // constnt, fixed rry size // C99: vrible, fixed rry size Feldinitilisierung c dl SPiC (Teil C, SS 11) 13 Zeiger und Felder 13.4 Felder Einführung 13 7 Feldzugriff Wie ndere Vriblen uch, knn ein Feld bei Definition eine initile Wertzuweisung erhlten uint8_t LEDs[4] = RED0, YELLOW0, GREEN0, BLUE0 ; int prim[5] = 1, 2, 3, 5, 7 ; Werden zu wenig Initilisierungselemente ngegeben, so werden die restlichen Elemente mit 0 initilisiert uint8_t LEDs[4] = RED0 ; // => RED0, 0, 0, 0 int prim[5] = 1, 2, 3 ; // => 1, 2, 3, 0, 0 Wird die explizite Dimensionierung usgelssen, so bestimmt die Anzhl der Initilisierungselemente die Feldgröße Syntx: Feld [ IntAusdruck ] Wobei 0 IntAusdruck < n für n = Feldgröße Achtung: Feldindex wird nicht überprüft häufige Fehlerquelle in C-Progrmmen Beispiel uint8_t LEDs[] = RED0, YELLOW0, GREEN0, BLUE0 ; LEDs[ 3 ] = BLUE1; for( unit8_t i = 0; i < 4; ++i ) sb_led_on( LEDs[ i ] ); [=Jv] [ Jv] uint8_t LEDs[] = RED0, YELLOW0, GREEN0, BLUE0 ; int prim[] = 1, 2, 3, 5, 7 ; LEDs[ 4 ] = GREEN1; // UNDEFINED!!! c dl SPiC (Teil C, SS 11) 13 Zeiger und Felder 13.4 Felder Einführung 13 8 c dl SPiC (Teil C, SS 11) 13 Zeiger und Felder 13.4 Felder Einführung 13 9

5 Felder sind Zeiger Ein Feldbezeichner ist syntktisch äquivlent zu einem konstnten Zeiger uf ds erste Element des Feldes: rry &rry[0] Ein Alis kein Behälter Wert knn nicht verändert werden Über einen so ermittelten Zeiger ist ein indirekter Feldzugriff möglich Felder sind Zeiger Ein Feldbezeichner ist syntktisch äquivlent zu einem konstnten Zeiger uf ds erste Element des Feldes: rry &rry[0] Ein Alis kein Behälter Wert knn nicht verändert werden Über einen so ermittelten Zeiger ist ein indirekter Feldzugriff möglich Beispiel (Gesmtüberblick) int rry[5]; rry int rry[5]; rry int * = rry; int *ep; ep = &rry[0]; ➋ ➋ 1 ➍ int * = rry; int *ep; ep = &rry[0]; ➋ ep = &rry[2]; *ep = 1; ➍ ep ➋ ep = &rry[2]; ep c dl SPiC (Teil C, SS 11) 13 Zeiger und Felder 13.5 Syntktische Äquivlenz Felder sind Zeiger Ein Feldbezeichner ist syntktisch äquivlent zu einem konstnten Zeiger uf ds erste Element des Feldes: rry &rry[0] Ein Alis kein Behälter Wert knn nicht verändert werden Über einen so ermittelten Zeiger ist ein indirekter Feldzugriff möglich int rry[5]; int * = rry; rry c dl SPiC (Teil C, SS 11) 13 Zeiger und Felder 13.5 Syntktische Äquivlenz Zeiger sind Felder Ein Feldbezeichner ist syntktisch äquivlent zu einem konstnten Zeiger uf ds erste Element des Feldes: rry &rry[0] Diese Beziehung gilt in beide Richtungen: *rry rry[0] Ein Zeiger knn wie ein Feld verwendet werden Insbesondere knn der [ ] - Opertor ngewndt werden 13 9 Beispiel (vgl ) uint8_t LEDs[] = RED0, YELLOW0, GREEN0, BLUE0 ; int *ep; ep = &rry[0]; ➋ ep = &rry[2]; *ep = 1; ➍ ep *ep LEDs[ 3 ] uint8_t *p = BLUE1; = LEDs; for( unit8_t i = 0; i < 4; ++i ) sb_led_on( p[ i ] ); c dl SPiC (Teil C, SS 11) 13 Zeiger und Felder 13.5 Syntktische Äquivlenz c dl SPiC (Teil C, SS 11) 13 Zeiger und Felder 13.5 Syntktische Äquivlenz 13 11

6 Rechnen mit Zeigern Im Unterschied zu einem Feldbezeichner ist eine Zeigervrible ein Behälter Ihr Wert ist veränderbr Neben einfchen Zuweisungen ist dbei uch Arithmetik möglich int rry[3]; int * = rry; ++; ➋ ++; int rry[5]; = rry; rry ➋ (+3) &[3] Bei der Zeigerrithmetik wird immer die Größe des Objekttyps mit berücksichtigt. Zeigerrithmetik Opertionen Arithmetische Opertionen ++ Prä-/Postinkrement Verschieben uf ds nächste Objekt Prä-/Postdekrement Verschieben uf ds vorngegngene Objekt +, Addition / Subtrktion eines int-wertes Ergebniszeiger ist verschoben um n Objekte Subtrktion zweier Zeiger Anzhl der Objekte n zwischen beiden Zeigern (Distnz) Vergleichsopertionen: <, <=, ==, >=, >,! = 7 3 Zeiger lssen sich wie Gnzzhlen vergleichen und ordnen c dl SPiC (Teil C, SS 11) 13 Zeiger und Felder 13.6 Zeigerrithmetik Felder sind Zeiger sind Felder Zusmmenfssung In Kombintion mit Zeigerrithmetik lässt sich in C jede Feldopertion uf eine äquivlente Zeigeropertion bbilden. Für int i, rry[n], * = rry; mit 0 i < N gilt: rry &rry[0] &[0] *rry rry[0] * [0] *(rry + i) rry[i] * ( + i) [i] rry++ ++ Fehler: rry ist konstnt! Umgekehrt können Zeigeropertionen uch durch Feldopertionen drgestellt werden. Der Feldbezeichner knn ber nicht verändert werden. c dl SPiC (Teil C, SS 11) 13 Zeiger und Felder 13.6 Zeigerrithmetik Felder ls Funktionsprmeter Felder werden in C immer ls Zeiger übergeben Cll-by-reference sttic uint8_t LEDs[] = RED0, YELLOW1; void enlight( uint8_t *rry, unsigned n ) for( unsigned i = 0; i < n; ++i ) sb_led_on( rry[i] ); void min() enlight( LEDs, 2 ); uint8_t moreleds[] = YELLOW0, BLUE0, BLUE1; enlight( moreleds, 3); [=Jv] R 0 Y 0 G 0 B 0 R 1 Y 1 G 1 B 1 Informtionen über die Feldgröße gehen dbei verloren! Die Feldgröße muss explizit ls Prmeter mit übergeben werden In mnchen Fällen knn sie uch in der Funktion berechnet werden (z. B. bei Strings durch Suche nch dem bschließenden NUL-Zeichen) c dl SPiC (Teil C, SS 11) 13 Zeiger und Felder 13.6 Zeigerrithmetik c dl SPiC (Teil C, SS 11) 13 Zeiger und Felder 13.7 Felder ls Funktionsprmeter 13 15

7 Felder ls Funktionsprmeter (Forts.) Felder werden in C immer ls Zeiger übergeben Cll-by-reference Wird der Prmeter ls const deklriert, so knn die Funktion die Feldelemente nicht verändern Guter Stil! void enlight( const uint8_t *rry, unsigned n ) Um nzuzeigen, dss ein Feld (und kein Zeiger uf Vrible ) erwrtet wird, ist uch folgende äquivlente Syntx möglich: void enlight( const uint8_t rry[], unsigned n ) [=Jv] [ Jv] Achtung: Ds gilt so nur bei Deklrtion eines Funktionprmeters Bei Vriblendefinitionen ht rry[] eine völlig ndere Bedeutung (Feldgröße us Initilisierungsliste ermitteln, 13 8 ) c dl SPiC (Teil C, SS 11) 13 Zeiger und Felder 13.7 Felder ls Funktionsprmeter Zeiger uf Zeiger Ein Zeiger knn uch uf eine Zeigervrible verweisen int x = 5; int * = &x; int **p = &; /* ** p = 5 */ x 5 p Wird vor llem bei der Prmeterübergbe n Funktionen benötigt Zeigerprmeter cll-by-reference übergeben (z. B. swp()-funktion für Zeiger) Ein Feld von Zeigern übergeben Felder ls Funktionsprmeter (Forts.) Die Funktion int strlen(const chr *) us der Stndrdbibliothek liefert die Anzhl der Zeichen im übergebenen String void min() const chr *string = "hllo"; // string is rry of chr sb_7seg_shownumber( strlen(string) ); Dbei gilt: Implementierungsvrinten Vrinte 1: Feld-Syntx int strlen( const chr s[] ) int n=0; while( s[n]!= 0 ) n++; return n; "hllo" h l l o \ Vrinte 2: Zeiger-Syntx int strlen( const chr *s ) const chr *end = s; while( *end ) end++; return end - s; c dl SPiC (Teil C, SS 11) 13 Zeiger und Felder 13.7 Felder ls Funktionsprmeter Zeiger uf Funktionen Ein Zeiger knn uch uf eine Funktion verweisen Dmit lssen sich Funktionen n Funktionen übergeben Funktionen höherer Ordnung Beispiel // invokes job() every second void doperiodiclly( void (*job)(void) ) while( 1 ) job(); // invoke job for( voltile uint16_t i = 0; i < 0xffff; ++i ) ; // wit second void blink( void ) sb_led_toggle( RED0 ); void min() doperiodiclly( blink ); // pss blink() s prmeter c dl SPiC (Teil C, SS 11) 13 Zeiger und Felder 13.8 Erweiterte Zeigertypen c dl SPiC (Teil C, SS 11) 13 Zeiger und Felder 13.8 Erweiterte Zeigertypen 13 19

8 Zeiger uf Funktionen (Forts.) Syntx (Definition): Typ ( * Bezeichner )( FormlePrm opt ); (sehr ähnlich zur Syntx von Funktionsdeklrtionen) 9 3 Typ Bezeichner Rückgbetyp der Funktionen, uf die dieser Zeiger verweisen knn Nme des Funktionszeigers FormlePrm opt Formle Prmeter der Funktionen, uf die dieser Zeiger verweisen knn: Typ 1,..., Typ n Ein Funktionszeiger wird genu wie eine Funktion verwendet Aufruf mit Bezeichner ( TtPrm ) 9 4 Adress- (&) und Verweisopertor (*) werden nicht benötigt 13 4 Ein Funktionsbezeichner ist ein konstnter Funktionszeiger void blink( uint8_t which ) sb_led_toggle( which ); void min() void (*myfun)(uint8_t); // myfun is pointer to function myfunc = blink; // blink is constnt pointer to function myfun( RED0 ); // invoke blink() vi function pointer blink( RED0 ); // invoke blink() c dl SPiC (Teil C, SS 11) 13 Zeiger und Felder 13.8 Erweiterte Zeigertypen Zeiger uf Funktionen (Forts.) Funktionszeiger werden oft für Rückruffunktionen (Cllbcks) zur Zustellung synchroner Ereignisse verwendet ( Listener in Jv) // Exmple: synchronous button events with libspicbord #include <vr/interrupt.h> // for sei() #include <7seg.h> // for sb_7seg_shownumber() #include <button.h> // for button stuff // cllbck hndler for button events (invoked on interrupt level) void onbutton( BUTTON b, BUTTONEVENT e ) sttic int8_t count = 1; sb_7seg_shownumber( count++ ); // show no of button presses if( count > 99 ) count = 1; // reset t 100 void min() sb_button_registerlistener( // register cllbck BUTTON0, BTNPRESSED, // for this button nd events onbutton // invoke this function ); sei(); // enble interrupts (necessry!) while( 1 ) ; // wit forever c dl SPiC (Teil C, SS 11) 13 Zeiger und Felder 13.8 Erweiterte Zeigertypen 13 21