Übungspaket 20 Zeiger und Zeigervariablen

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1 Übungspaket 20 Zeiger und Zeigervariablen Übungsziele: Skript: 1. Definition von Zeigervariablen 2. Verwendung von Zeigern 3. Arrays und Adressberechnungen Kapitel: 45 und 46 Semester: Wintersemester 2017/18 Betreuer: Kevin, Theo, Thomas und Ralf Synopsis: Zeiger! Bei diesem Wort bekommen viele Programmieranfänger Pusteln, Hautausschlag, hektische Flecken, Schweißausbrüche und dergleichen. Aber das muss nicht sein! Ein bisschen gezielt üben und schon ist es kinderleicht... Na ja, vielleicht nicht ganz kinderleicht, aber ohne nennenswerte Hürde. In diesem Übungspaket schauen wir uns erst einmal ganz einfach an, was Zeiger eigentlich sind und was wir mit derartigen Variablen machen können. Dabei steht vor allem die Frage nach dem Typ des Zeigers im Vordergrund. Zeiger und Funktionen heben wir uns für Übungspaket 21 auf. Am Ende der Übung mag sich der eine oder andere fragen, was man denn nun eigentlich von Zeigern hat, denn Zeiger sind erst einmal nur kompliziert. Die Antwort ist sehr einfach: Außer ein paar Vereinfachungen bei Array-Zugriffen eigentlich nicht viel. Die wirklich interessanten Dinge kommen erst in Übungspaket 21 und bei den dynamischen Datenstrukturen (Übungspakete 31 bis 33). Hierfür ist dieses Übungspaket eine sehr wichtige Vorbereitung.

2 Teil I: Stoffwiederholung Aufgabe 1: Allgemeines zu Zeigern Erkläre kurz, was ein Zeiger ist und was in einer Zeigervariablen abgespeichert wird. Aufgabe 2: Zeiger-Syntax Woran erkennt man eine Zeigerdefinition? Wie definiert man einen Zeiger? Wie weist man einem Zeiger etwas zu? Wie greift man auf den Zeigerinhalt zu? Wie schreibt man etwas an die Stelle, auf die der Zeiger zeigt? Wie liest man von einer Stelle, auf die der Zeiger zeigt? Wie vergleicht man zwei Zeigervariablen miteinander? (Beispiel) Gibt es Werte, die eine Zeigervariable nicht annehmen darf? Gibt es Adressen, auf die man nicht zugreifen darf? Darf die Zeigervariable dennoch diese Werte annehmen? Aufgabe 3: Typen von Zeigervariablen Nehmen wir einmal an, eine Adresse des Arbeitsspeichers benötigt vier Bytes. Wie viele Bytes werden dann bei jedem Zugriff auf eine Zeigervariable im Arbeitsspeicher gelesen? Gibt es Ausnahmen, bei der mehr oder weniger Bytes kopiert werden? 20-1 Wintersemester 2017/18, Einführung in die Praktische Informatik

3 Wenn es nun wirklich so ist, dass es von dieser Regel keine Ausnahme gibt, warum in Gottes Namen legt dann das Lehrpersonal so viel Wert darauf, dass ein Zeiger auch einen Typ haben muss? Erkläre dies in eigenen Worten: Aufgabe 4: Zeiger und Arbeitsspeicher Vervollständige für das folgende Programm das skizzierte Speicherbildchen. 1 int i; 2 int *p; 3 p = & i; 4 *p = 4711; 0xFFEE107C int i: 0xFFEE1078 int *p: Aufgabe 5: Zeiger, Arrays und Zeigeroperationen Erkläre nochmals kurz, was ein Array ist und was der Name des Arrays symbolisiert: Zeiger, Arrays und int-terme kann man eingeschränkt miteinander verknüpfen. Ergänze folgende Tabelle, in der n ein int-ausdruck, a ein Array und p und q beliebige Zeiger sind. Ausdruck Alternative Effekt & a[ n ] a + n Bestimmt die Adresse des n-ten Elementes von a p + n a[ n ] *(p + n) p - n p - q Einführung in die Praktische Informatik, Wintersemester 2017/

4 Teil II: Quiz Aufgabe 1: Variablen und Zeiger In dieser Quizaufgabe greifen wir nochmals das Miniprogramm der letzten Übungsaufgabe des ersten Teils auf. Demnach haben wir folgende Situation vorliegen: 1 int i = 4711; 2 int *p = & i; 0xFFEE107C int i: 0xFFEE1078 int *p: Ferner gehen wir wieder davon aus, dass sowohl eine int-variable als auch ein Zeiger genau vier Bytes im Arbeitsspeicher belegen. Vervollständige folgende Tabelle. Gehe dabei immer davon aus, dass am Anfang jedes Ausdrucks alle Variablen wieder auf obige Initialwerte zurückgesetzt werden. Ausdruck Typ Ergebnis Kommentar i int 4711 i += i p += p p[ 0 ] & i & p i > p > p > p > p Wintersemester 2017/18, Einführung in die Praktische Informatik

5 Aufgabe 2: Zeichenketten und Zeiger Diese Quizaufgabe ist ähnlich der vorherigen. Nur behandeln wir jetzt nicht normale Variablen sondern Zeichenketten. Zugegebenermaßen macht dies die Sache etwas komplexer. Wenn man sich aber langsam und Schritt für Schritt von innen nach außen vorarbeitet, ist die Sache doch recht überschaubar. Im Übrigen gehen wir wieder davon aus, dass alle Zeiger genau vier Bytes im Arbeitsspeicher belegen. Betrachten wir nun folgende Code-Zeilen: 1 char buf1 [] = " Fruehling "; 2 char * buf2 = " Sommer "; 3 char * buf3 [] = { " Herbst ", " Winter " }; Beschreibe kurz mit eigenen Worten, welchen Datentyp die drei Variablen haben: buf1 buf2 buf3 Vervollständige zunächst folgendes Speicherbildchen, denn es hilft drastisch beim Finden der richtigen Lösungen :-) Segment: xFE34 : 0xFE30 char *buf3[ 0 ]: 0xFE2C buf2 : 0xFE28 0xFE24 h l i n 0xFE20 char buf1[] : F r u e Segment: Adresse Wert 0xF844 e r \0 0xF840 0xF83C 0xF838 H 0xF834 e r \0 0xF830 S o m m Einführung in die Praktische Informatik, Wintersemester 2017/

6 Vervollständige nun folgende Tabelle: Ausdruck Typ Ergebnis Kommentar buf buf buf sizeof( buf1 ) sizeof( buf2 ) sizeof( buf3 ) buf1[ 3 ] buf *(buf1 + 3) buf2[ 3 ] buf *(buf2 + 3) buf3[ 0 ][ 2 ] buf3[ 1 ][ 0 ] & buf & buf & buf & buf1[ 4 ] & buf2[ 4 ] & buf3[0][2] Wintersemester 2017/18, Einführung in die Praktische Informatik

7 Teil III: Fehlersuche Aufgabe 1: Definition und Verwendung von Zeigern Das folgende Programm enthält einige einfache Variablen und einige Zeiger. Der gewünschte Typ der Zeiger geht immer unmittelbar aus dem Namen hervor. Ferner gehen die gewünschten Zeigeroperationen aus dem Kontext hervor. Ab Zeile 5 ist in jeder Zeile ein Fehler vorhanden. Finde und korrigiere diese, damit Dr. A. Pointer ruhig schlafen kann. 1 # include <stdio.h> 2 3 int main ( int argc, char ** argv ) 4 { 5 int i = 4711, * i_ptr, * i_ptr_ptr *; 6 char c = x, ** c_ptr ; 7 8 i_ptr = i; 9 * i_ ptr_ ptr = & i_ ptr ; 10 c_ ptr = * c; printf ( "i=%d\n", i_ptr ); 13 printf ( "c= %c \n", c_ptr * ); 14 printf ( "i hat die Adresse %p\n", * i_ptr ); 15 printf ( "c hat die Adresse %p\n", & c_ptr ); 16 printf ( " i_ptr hat die Adresse %p\n", i_ptr ); 17 printf ( "i=%c\n", ** i_ptr_ptr ); 18 } Einführung in die Praktische Informatik, Wintersemester 2017/

8 Teil IV: Anwendungen Aufgabe 1: Definition von Variablen und Zeigern In dieser Aufgabe geht es lediglich darum, normale Variablen und Zeigervariablen zu definieren. Vervollständige dafür die folgende Tabelle. Wir gehen wieder davon aus, dass sowohl int-variablen also auch Zeiger vier Bytes im Arbeitsspeicher belegen. Da die letzten beiden Definitionen recht schwierig sind, sollten sie mit den Betreuern besprochen werden. Was C-Definition sizeof(variable) Eine int-variable Eine char-variable Ein Zeiger auf eine int-variable Ein Zeiger auf eine char-variable Ein Array mit drei int-elementen Ein Array mit drei int-zeigern Ein Zeiger auf ein Array mit drei int-elementen Illustriere die letzten beiden Definitionen mittels eines kleinen Speicherbildchens und trage in die jeweiligen Variablen Phantasiewerte ein. Definition: int *a[3] 0xFFEE1028 : 0xFFEE1024 : 0xFFEE1020 : Definition: int (*p)[3] 0xFFEE1028 : 0xFFEE1024 : 0xFFEE1020 : 0xFFEE0300 : 20-7 Wintersemester 2017/18, Einführung in die Praktische Informatik

9 Aufgabe 2: Zeiger auf Zeiger Zeiger auf Zeiger, langsam wird s ernst. Nehmen wir diesmal den Basistyp double. Aus irgendeinem unerfindlichen Grund brauchen wir hiervon eine einfache Variable. Nennen wir sie d wie double. Ferner brauchen wir noch einen Zeiger p auf diese Variable, einen Zeiger pp, der auf diesen Zeiger zeigt und schließlich einen Zeiger ppp der auf letzteren zeigt. Definiere die entsprechenden Variablen und vervollstängige unten stehendes Speicherbildchen. Bei Schwierigkeiten stehen die Betreuer für Diskussionen zur Verfügung. 0xFFEE100C : 0xFFEE1008 : 0xFFEE1004 : 0xFFEE1000 : Vervollständige die folgenden Ausdrücke unter der Annahme, dass ein double acht und ein Zeiger vier Bytes im Arbeitsspeicher belegt. Ausdruck Typ sizeof(ausdruck) Ergebnis d p *p pp *pp **pp ppp *ppp **ppp ***ppp Zeige alle vier Möglichkeiten, dem Speicherplatz der Variablen d eine zuzuweisen Einführung in die Praktische Informatik, Wintersemester 2017/

10 Aufgabe 3: Verwendung von Zeigern 1. Aufgabenstellung Definiere ein Array einer beliebigen Größe, eines beliebigen Typs. Schreibe zwei Programme. Das erste Programm soll alle Elemente dieses Arrays mittels einer for- Schleife und einer Indexvariablen initialisieren. Schreibe ein zweites Programm, dass diese Initialisierung mittels einer for-schleife und Zeigern (also nicht mit einer Indexvariablen) durchführt. 2. Pflichtenheft: Aufgabe, Eingabe, Ausgabe, Sonderfälle 3. Kodierung 20-9 Wintersemester 2017/18, Einführung in die Praktische Informatik