Массивы указателей и указатели указателей
Как и любые другие переменные, указатели можно группировать в массивы. Для иллюстрации этого напишем программу, сортирующую в алфавитном порядке текстовые строки; это будет упрощенный вариант программы sort системы UNIX.
В главе 3 мы привели функцию сортировки по Шеллу, которая упорядочивает массив целых, а в главе 4 улучшили ее, повысив быстродействие. Те же алгоритмы используются и здесь, однако, теперь они будут обрабатывать текстовые строки, которые могут иметь разную длину и сравнение или перемещение которых невозможно выполнить за одну операцию. Нам необходимо выбрать некоторое представление данных, которое бы позволило удобно и эффективно работать с текстовыми строками произвольной длины.
Для этого воспользуемся массивом указателей на начала строк. Поскольку строки в памяти расположены вплотную друг к другу, к каждой отдельной строке доступ просто осуществлять через указатель на ее первый символ. Сами указатели можно организовать в виде массива. Одна из возможностей сравнить две строки - передать указатели на них функции strcmp. Чтобы поменять местами строки, достаточно будет поменять местами в массиве их указатели (а не сами строки).
Здесь снимаются сразу две проблемы: одна - связанная со сложностью управления памятью, а вторая - с большими накладными расходами при перестановках самих строк. Процесс сортировки распадается на три этапа:
чтение всех строк из вводасортировка введенных строкпечать их по порядкуКак обычно, выделим функции, соответствующие естественному делению задачи, и напишем главную программу main, управляющую этими функциями. Отложим на время реализацию этапа сортировки и сосредоточимся на структуре данных и вводе-выводе.
Программа ввода должна прочитать и запомнить символы всех строк, а также построить массив указателей на строки. Она, кроме того, должна подсчитать число введенных строк - эта информация понадобится для сортировки и печати. Так как функция ввода может работать только с конечным числом строк, то, если их введено слишком много, она будет выдавать некоторое значение, которое никогда не совпадет с количеством строк, например -1.
Программа вывода занимается только тем, что печатает строки, причем в том порядке, в котором расположены указатели на них в массиве.
#include <stdio.h>#include <string.h> #define MAXLINES 5000 /* максимальное число строк */char *lineptr[MAXLINES]; /* указатели на строки */int readlines(char *lineptr[], int nlines);void writelines(char *lineptr[], int nlines);void qsort(char *lineptr[], int left, int right);/* сортировка строк */main(){ int nlines; /* количество прочитанных строк */ if ((nlines = readlines(lineptr, MAXLINES)) >= 0) { qsort(lineptr, 0, nlines-1); writelines(lineptr, nlines); return 0; } else { printf("ошибка: слишком много строк\n"); return 1; }}#define MAXLEN 1000 /* максимальная длина строки */int getline(char *, int);char *alloc(int);/* readlines: чтение строк */int readlines(char *lineptr[], int maxlines){ int len, nlines; char *p, line[MAXLEN]; nlines = 0; while ((len = getline(line, MAXLEN)) > 0) if (nlines >= maxlines || (p = alloc(len)) == NULL) return -1; else { line[len-1] = '\0'; /* убираем символ \n */ strcpy(p, line); lineptr[nlines++] = p; } return nlines;}/* writelines: печать строк */void writelines(char *lineptr[], int nlines){ int i; for (i = 0; i < nlines; i++) printf("%s\n", lineptr[i]);}Функция getline взята из параграфа 1.9. Основное новшество здесь - объявление lineptr:
char *lineptr[MAXLINES];
в котором сообщается, что lineptr есть массив из MAXLINES элементов, каждый из которых представляет собой указатель на char. Иначе говоря, lineptr[i] - указатель на символ, а *lineptr[i] - символ, на который он указывает (первый символ i-й строки текста).
Так как lineptr - имя массива, его можно трактовать как указатель, т. е. так же, как мы это делали в предыдущих примерах, и writelines переписать следующим образом:
/* writelines: печать строк */void writelines(char *lineptr[], int nlines){ while (nlines-- > 0) printf("%s\n", *lineptr++);}Вначале *lineptr указывает на первую строку: каждое приращение указателя приводит к тому, что *lineptr указывает на следующую строку, и делается это до тех пор, пока nlines не станет нулем.
Теперь, когда мы разобрались с вводом и выводом, можно приступить к сортировке. Быструю сортировку, описанную в главе 4, надо несколько модифицировать: нужно изменить объявления, а операцию сравнения заменить обращением к strcmp. Алгоритм остался тем же, и это дает нам определенную уверенность в его правильности.
/* qsort: сортирует v[left]...v[right] по возрастанию */void qsort(char *v[], int left, int right){ int i, last; void swap(char *v[], int i, int j); if (left >= right) /* ничего не делается, если в массиве */ return; /* менее двух элементов */ swap(v, left, (left+right)/2); last = left; for(i = left+1; i <= right; i++) if (strcmp(v[i], v[left]) < 0) swap(v, ++last, i); swap(v, left, last); qsort(v, left, last-1); qsort(v, last+1, right);}Небольшие поправки требуются и в программе перестановки.
/* swap: поменять местами v[i] и v[j] */void swap(char *v[], int i, int j){ char *temp; temp = v[i]; v[i] = v[j]; v[j] = temp;}
Так как каждый элемент массива v (т. е. lineptr) является указателем на символ, temp должен иметь тот же тип, что и v - тогда можно будет осуществлять пересылки между temp и элементами v.
МНОГОМЕРНЫЕ МАССИВЫ
В Си имеется возможность задавать прямоугольные многомерные массивы, правда, на практике по сравнению с массивами указателей они используются значительно реже. В этом параграфе мы продемонстрируем некоторые их свойства.
Рассмотрим задачу перевода даты "день-месяц" в "день года" и обратно. Например, 1 марта - это 60-й день невисокосного или 61-й день високосного года. Определим две функции для этих преобразований: функция day_of_year будет преобразовывать месяц и день в день года, a month_day - день года в месяц и день. Поскольку последняя функция вычисляет два значения, аргументы месяц и день будут указателями. Так вызов
month_day(1988, 60, &m, &d)присваивает переменной m значение 2, а d - 29 (29 февраля).
Нашим функциям нужна одна и та же информация, а именно таблица, содержащая числа дней каждого месяца. Так как для високосного и невисокосного годов эти таблицы будут различаться, проще иметь две отдельные строки в двумерном массиве, чем во время вычислений отслеживать особый случай с февралем. Массив и функции, выполняющие преобразования, имеют следующий вид:
static char daytab[2][13] = { {0, 31, 28, 31. 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31}, {0, 31, 29, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31}} /* day_of_year: определяет день года по месяцу и дню */int day_of_year(int year, int month, int day){ int i, leap; leap = year % 4 == 0 && year % 100 !=0 || year % 400 == 0; for (i = 1; i < month; i++) day += daytab[leap][i]; return day;} /* month_day: определяет месяц и день по дню года *•/void month_day(int year, int yearday, int *pmonth, int *pday){ int i, leap; leap = year % 4 == 0 && year % 100 != 0 || year % 400 == 0; for (i = 1; yearday > daytab[leap][i]; i++) yearday -= daytab[leap][i]; *pmonth = i; *pday = yearday;)Напоминаем, что арифметическое значение логического выражения (например выражения, с помощью которого вычислялось leap) равно либо нулю (ложь), либо единице (истина), так что мы можем использовать его как индекс в массиве daytab.
Массив daytab должен быть внешним по отношению к обеим функциям day_of_year и month_day, так как он нужен и той и другой. Мы сделали его типа char, чтобы проиллюстрировать законность применения типа char для малых целых без знака.
Массив daytab - это первый массив из числа двумерных, с которыми мы еще не имели дела. Строго говоря, в Си двумерный массив рассматривается как одномерный массив, каждый элемент которого - также массив. Поэтому индексирование изображается так:
daytab[i][j] /* [строка] [столбец] */а не так:
daytab[i,j] /* НЕВЕРНО */Особенность двумерного массива в Си заключается лишь в форме записи, в остальном его можно трактовать почти так же, как в других языках. Элементы запоминаются строками, следовательно, при переборе их в том порядке, как они расположены в памяти, чаще будет изменяться самый правый индекс.
Массив инициализируется списком начальных значений, заключенным в фигурные скобки; каждая строка двумерного массива инициализируется соответствующим подсписком. Нулевой столбец добавлен в начало daytab лишь для того, чтобы индексы, которыми мы будем пользоваться, совпадали с естественными номерами месяцев от 1 до 12. Экономить пару ячеек памяти здесь нет никакого смысла, а программа, в которой уже не надо корректировать индекс, выглядит более ясной.
Если двумерный массив передается функции в качестве аргумента, то объявление соответствующего ему параметра должно содержать количество столбцов; количество строк в данном случае несущественно, поскольку, как и прежде, функции будет передан указатель на массив строк, каждая из которых есть массив из 13 значений типа int. B нашем частном случае мы имеем указатель на объекты, являющиеся массивами из 13 значений типа int. Таким образом, если массив daytab передается некоторой функции f, то эту функцию можно было бы определить следующим образом:
f(int daytab[2][13]) {...}Вместо этого можно записать
f(int daytab[][13]) {...}поскольку число строк здесь не имеет значения, или
f(int (*daytab)[13]) {...}Последняя запись объявляет, что параметр есть указатель на массив из 13 значений типа int. Скобки здесь необходимы, так как квадратные скобки [] имеют более высокий приоритет, чем *. Без скобок объявление
int *daytab[13]определяет массив из 13 указателей на char. В более общем случае только первое измерение (соответствующее первому индексу) можно не задавать, все другие специфицировать необходимо. В параграфе 5.12 мы продолжим рассмотрение сложных объявлений.