Teil 5: Zeiger, Felder, Zeichenketten Gliederung

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1 Teil 5: Zeiger, Felder, Zeichenketten Gliederung Zeiger und Adressen Felder (Arrays) Zeichenketten (Strings) Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder

2 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Zeiger und Adressen 5.2

3 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Funktion mit mehreren Rückgabewerten? Problem: Eine Funktion swap(...) soll die Inhalte 2er Variablen vertauschen. Wie kann dieses Problem gelöst werden? int x = 1, y = 2; // tausche x und y

4 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Funktion mit mehreren Rückgabewerten? Problem: Eine Funktion swap(...) soll die Inhalte 2er Variablen vertauschen. Wie kann dieses Problem gelöst werden? int x = 1, y = 2; // tausche x und y... int temp; temp = x; x = y; y = temp; 5.4

5 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Funktion mit mehreren Rückgabewerten? Problem: Eine Funktion swap(...) soll die Inhalte 2er Variablen vertauschen. Wie kann dieses Problem gelöst werden? void swap( ) { } int main() { int x = 1, y = 2; } // tausche x und y swap( ); return 0; 5.5

6 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Variablenmodell Speicheradresse Arbeitsspeicher Bezeichner Kodierung Wert Datentyp Dekodierung 5.6

7 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Typ-Klassifikation 5.7

8 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Was ist ein Zeiger? Ein Zeiger (Pointer) ist eine Variable, welche die Adresse einer im Speicher befindlichen Variablen oder Funktion aufnehmen kann. Damit verweist eine Zeigervariable mit ihrem Variablenwert auf die jeweilige Adresse. 5.8

9 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Deklaration / Definition eins Zeigers Zeiger sind typgebunden int *pi; // Zeiger auf int double *pd; // Zeiger auf double 5.10

10 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Referenzieren und Dereferenzieren Referenzieren: Adressoperator & liefert Adresse eines Objekts Dereferenzieren: Dereferenzierungsoperator * liefert Inhalt an der Adresse Referenzieren mit & Objekt Adresse des Objekts Dereferenzieren mit * Referenzieren pointer = &x int-variable x pointer enthält die Adresse von x Dereferenzieren *pointer = 5; heißt: das Objekt, auf das der Pointer pointer zeigt, erhält den Wert

11 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Wertzuweisung an einen Zeiger I

12 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Wertzuweisung an einen Zeiger II... pointer1 = &alpha pointer1 = pointer2... Objekt alpha Objekt alpha pointer1 pointer2? Vor der Zuweisung pointer2 = pointer1 enthält pointer2 irgendeine Adresse pointer1 pointer2 Nach der Zuweisung pointer2 = pointer1 zeigen beide Pointer auf dasselbe Objekt alpha 5.13

13 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Beispiel 1: Zeigeroperationen Speicherzelle 1024 Nummer 1024 x y p int x, y, *p; x = -7;??? p = &x; y = *p;

14 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Beispiel 2: Zeigeroperationen Was ist an den folgenden Anweisungen a bis e falsch? float x, y, *p; a) *p = ; b) p = & ; c) *x = 5.4; d) x = &y; e) p = *y; 5.18

15 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Funktion mit mehreren Rückgabewerten? Problem: Eine Funktion swap(...) soll die Inhalte 2er Variablen vertauschen. Wie kann dieses Problem gelöst werden? void swap( ) { } int main() { int x = 1, y = 2; } // tausche x und y swap( ); return 0; 5.19

16 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Warum Zeiger? call by reference mehrere Rückgabewerte bei Funktionsaufrufen Beschleunigung von Funktionsaufrufen (warum?) erlauben direkte Speicher-Manipulationen dynamisch Speicher anfordern / freigeben Umgang mit Arrays und Strings Nachteil: hohe Gefahr von Fehlern 5.20

17 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Felder 5.22

18 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Felder (Arrays) - Verbundtypen - variable Anzahl von Elementen eines Datentyps - sequenzielle Ablage im Speicher - ein- oder mehrdimensional - Anwendung: Vektoren, Matrizen, Tabellen, Zeichenketten (Strings) 5.23

19 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Definition und Zugriff datentyp bezeichner[anzahl]; Anzahl der Elemente muss eine Konstante sein: int feld[10]; Variable Feldgrenzen sind nicht möglich: int x = 7;... int feld[x]; Zugriff über Index, gültiger Bereich 0 bis anzahl-1: feld[0] = 123;... feld[9] = 456; feld[10] = 21; 5.24

20 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Speicherabbild int alpha[5]; alpha[0] int alpha[1] int alpha[2] int alpha[3] int alpha[4] int for (int i = 0; i < 5; i++) alpha[i] = i * i; alpha[0] int alpha[1] int alpha[2] int alpha[3] int alpha[4] int

21 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Arbeiten mit Feldern Beispiel: Elemente des Arrays alpha ausgeben: for (int i = 0; i < 5; i++) { printf ("\n%d", alpha[i]); } Beispiel: Mittelwert aller Werte des Arrays berechnen float summe = 0.f; for (int i = 0; i < 5; i++) { summe = summe + alpha[i]; } printf ("\nder Mittwelwert ist: %f", summe / (i + 1)); 5.26

22 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Initialisierung von Feldern Initialisierung: int felda[4] = {0}; // Auto-Initialisierung // setzt alle Elemente auf 0 int feldb[4] = {0, 1, 3, 5}; // Voll-Initialisierung int feldc[] = {0, 1, 3, 5}; // Compiler zählt selbst Vergleiche zwischen Arrays if (feld1 == feld2) sind nicht möglich! Zuweisungen der Form feld2 = feld1; sind ebenfalls nicht möglich! Lösung: 1) elementweise vergleichen/kopieren 2) gesamten Speicherbereich kopieren 5.27

23 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Felder als Parameter void Ausgabe( ); int main() { int feld[10] = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}; } Ausgabe( ); return 0; void Ausgabe( ) { for (int i = 0; i < laenge; i++) printf("%d\n", feld[i]); } 5.28

24 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder call by reference void erhoeheumeins(int[], int); main() { int einfeld[10] = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}; } Ausgabe(einFeld, 10); erhoeheumeins(einfeld, 10); Ausgabe(einFeld, 10); void erhoeheumeins(int feld[], int len) { for (int i = 0; i < len; i++) feld[i] = feld[i] + 1; } 5.30

25 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Zeichenketten 5.31

26 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Definition String Array vom Typ char[] Null-Terminierung durch '\0'-Byte Initialisierung: char wochentag[] = "Samstag"; ist gleichbedeutend mit char wochentag[] = {'S','a','m','s','t','a','g','\0'}; oder auch char wochentag[8]; wochentag[0] = 'S'; wochentag[1] = 'a';... wochentag[7] = '\0'; 5.32

27 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Strings String-Konstanten Zeiger konstant, String variabel: char message[] = "now is the time"; // per Array Zeiger variabel, String konstant: char *pmessage = "now is the time"; // per Zeiger 5.33

28 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Was ist an diesem Programm falsch? #include <stdio.h> int main(void) { char txt[21]; char *pstr; printf("enter your first name: \n"); scanf("%s", pstr); txt = "Hello, "; printf("%s %s", txt, pstr); } return 0; 5.34

29 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Bibliotheksfunktionen in <string.h> Länge eines Strings ermitteln a = strlen(s1); // ergibt Länge, ohne '\0'-Byte String kopieren strcpy(ziel_string, quell_string); String an einen anderen String anhängen strcat(ziel_string, quell_string); Strings vergleichen int a; a = strcmp(s1, s2) -1 wenn s1 < s 0 wenn s1 == s2 1 wenn s1 > s2 5.35

30 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Zeigerarithmetik 5.36

31 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Dualität von Zeigern und Feldern I Bezeichner eines Arrays referenziert (wie ein Zeiger) eine Adresse: Ein Zugriff wird vom Compiler als a[i] *(a + i) behandelt. Elemente eines Arrays können über Zeiger referenziert werden: Beispiel int a[10]; int *pa; pa = a; 5.37

32 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Dualität von Zeigern und Feldern II als Funktionsparameter werden Arrays und Zeiger äquivalent behandelt: void strcopy(char destination[], const char source[]); void strcopy(char *destination, const char *source); sei a ein beliebiges Feld a[i] &a[i] ist identisch zu ist identisch zu sei pa eine beliebige Zeigervariable pa[i] ist identisch zu &pa[i] ist identisch zu 5.38

33 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Zeigerarithmetik Fall 1: Zeiger +/- int-wert -> Zeiger long feld[5] long *zeiger; zeiger = feld; zeiger++; zeiger += 3; *zeiger = 123; 5.39

34 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Zeigerarithmetik Fall 1: Zeiger +/- int-wert -> Zeiger long feld[5] long *zeiger; zeiger = feld; // Zeiger verweist auf Feld-Anfang zeiger++; // Zeiger verweist nun auf 2. Element zeiger += 3; // Zeiger verweist nun auf 5. Element *zeiger = 123; // ist nun identisch mit feld[4] = 123; 5.40

35 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Zeigerarithmetik Fall 1: Zeiger +/- int-wert -> Zeiger long feld[5] long *zeiger; zeiger = feld; // Zeiger verweist auf Feld-Anfang zeiger++; // Zeiger verweist nun auf 2. Element zeiger += 3; // Zeiger verweist nun auf 5. Element *zeiger = 123; // ist nun identisch mit feld[4] = 123; Fall 2: Zeiger +/- Zeiger -> int-wert int strlen(char zeichenkette[]) { char *anf, *end;... } 5.41

36 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Mehrdimensionale Felder 5.44

37 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Mehrdimensionale Felder int alpha[3][4]; a lp h a [ 0 ] a lp h a [ 1 ] a lp h a [ 2 ] Spaltenindex Zeilenindex [0][0] [0][1] [0][2] [0][3] [1][0] [1][1] [1][2] [1][3] [2][0] [2][1] [2][2] [2][3] Allgemein kann ein n-dimensionales Array als ein eindimensionales Array, dessen Komponenten (n-1)-dimensionale Arrays sind, interpretiert werden. 5.45

38 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Initialisierung int alpha[3][4] = { }; {1, 3, 5, 7}, {2, 4, 6, 8}, {3, 5, 7, 9},

39 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Fallbeispiel: Matrizenmultiplikation Problemstellung: Programm zur Berechnung des Produkts zweier Matrizen Voraussetzung: A Spaltenzahl = B Zeilenzahl 5.47

40 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder #define MAX 10 int main() { int za, sa, zb, sb; float A[MAX][MAX], B[MAX][MAX], C[MAX][MAX]; printf("\nmatrix a einlesen: \n"); printf("zahl der Zeilen : "); scanf("%d", &za); printf("zahl der Spalten: "); scanf("%d", &sa); mat_lesen(a, za, sa); printf("\nmatrix b einlesen: \n"); printf("zahl der Zeilen : "); scanf("%d", &zb); printf("zahl der Spalten: "); scanf("%d", &sb); mat_lesen(b, zb, sb); mat_mult(a, B,... ); printf("\ndie Ergebnismatrix c lautet: \n\n"); mat_drucken(c, za, sb); } return 0; 5.48

41 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Felder (mehrdimensional) als Parameter void AusgabeMatrix( ); int main() { int i; int matrix[3][4] = { { 1, 2, 3, 4 }, { 5, 6, 7, 8 }, { 9, 10, 11, 12 } }; } AusgabeMatrix( ); return 0; void AusgabeMatrix( ) { int i, j; for ( i = 0; i < zeilen; i++ ) for ( j = 0; j < 4; j++) printf("%d ", matrix[i][j]; } 5.49

42 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Arrays von Zeigern, Zeiger auf Zeiger Bsp: Ablage von Arrays/Strings unterschiedlicher Länge p a1[0]... a1[5] a1 p[0] p[1] p[2] a2 a3 char a1[6], a2[3], a3[5]; 5.52

43 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Arrays von Zeigern, Zeiger auf Zeiger Bsp: Ablage von Arrays/Strings unterschiedlicher Länge p a1[0]... a1[5] a1 p[0] p[1] p[2] a2 a3 char a1[6], a2[3], a3[5]; char *p[3]; 5.53

44 Zeiger und Adressen Felder Zeichenketten Zeigerarithmetik Mehrdimensionale Felder Arrays von Zeigern, Zeiger auf Zeiger Bsp: Ablage von Arrays/Strings unterschiedlicher Länge p a1[0]... a1[5] a1 p[0] p[1] p[2] a2 a3 X char a1[6], a2[3], a3[5]; char *p[3]; p[0] = a1; p[1] = a2; p[2] = a3; 5.54