Ссылки и динамические переменные

Между объектами реального мира, которые моделируются на компьютерах, существуют разнообразные, постоянно меняющиеся связи. Эти связи, как и сами объекты, могут появляться и исчезать. Поэтому если мы хотим описать в программе группу с переменным числом объектов, связи между которыми тоже подвержены изменениям, нужны соответствующие структуры. Эти структуры должны позволять устанавливать, изменять и разрывать связи между моделируемыми объектами, а также порождать или уничтожать сами объекты.

Для этой цели в Паскале используются ссылки и динамические переменные. До сих пор мы рассматривали только статические структуры. Этим термином обозначаются структуры данных (массивы, множества, файлы, записи), которые возникают непосредственно перед выполнением программы в соответствии со своим описанием, существуют в течение всего времени ее выполнения и размер которых задается заранее с помощью описания их типов и не изменяется в ходе выполнения программы.

Однако при решении многих задач мы заранее, то есть на этапе написания программы, не знаем не только размера того или иного программного объекта (структуры данных), но и даже того, будет ли вообще нужен этот объект. Такого рода программные объекты или структуры данных, возникающие уже в процессе выполнения программы по мере необходимости, размер которых определяется или изменяется при ее выполнении, называются динамическими объектами или структурами.

В Паскале для работы с динамическими объектами предусматривается специальный тип данных – ссылки, или указатели. Значениями этого типа данных являются ссылки на какой-либо программный объект. По этим ссылкам осуществляется непосредственный доступ к этому объекту. На машинном языке такая ссылка представляется указанием места в оперативной памяти (адреса ячейки памяти), в котором хранится значение соответствующего объекта.

В этом случае для описания действий над динамическими объектами каждому такому объекту сопоставляется в программе простая переменная ссылочного типа. В терминах этих ссылочных переменных и описываются действия над соответствующими динамическими объектами. Значения же переменных ссылочного типа, как обычно, определяются уже в процессе выполнения программы, а для достаточно удобного формирования таких значений предусматриваются специальные операторы.

Таким образом, статическая переменная описывается в программе
и обозначается с помощью имени (идентификатора), которое и является адресом ячейки памяти, где хранится значение этой переменной. Динамическая же переменная не указывается в описании переменных, и ее нельзя обозначить с помощью имени. К ней можно обратиться с помощью ссылки (переменной ссылочного типа), в которой хранится адрес ячейки памяти, где записано значение одноименной динамической переменной.

Ссылки (указатели) можно описать в программе двумя способами.

При первом способе в разделе определения типов Type указывается имя типа ссылки, ставятся знаки = и ^ (карат), указывается тип переменных, к которому будет относиться эта ссылка:

Type TPntint = ^Integer;

TPntchar = ^Char;

TPntReal = ^Real;

В соответствии с этим описанием TPntint является типом ссылки на динамические объекты целого типа, TPntchar – динамические объекты символьного типа, TPntReal – динамические объекты вещественного типа. Сейчас можно описать переменные, значениями которых являются ссылки – переменные ссылочного типа:

Var a, b:TPntint;

x, y: TPntchar;

s, r: TPntReal;

При втором способе переменные ссылочного типа можно вводить обычным путем, с помощью их описания в разделе Var:

Var a, b:^Integer;

x, y: ^Char;

s, r: ^Real;

Переменные a, b, x, y, s, r будут хранить адреса ячеек памяти, где находятся значения одноименных динамических переменных.
В порядке исключения такие переменные не описываются в разделе Var, а производятся в программе с помощью оператора New:

New(a);

New(b);

……

Оператор New, во-первых, создает динамическую переменную соответствующего одноименной ссылке типа и, во-вторых, соединяет эту динамическую переменную со ссылкой на нее.

Таким образом, оператор New играет для динамической переменной ту же роль, что и описание для статической.

В Паскале для работы с динамическими переменными введено понятие переменной с указателем – это переменная ссылочного типа, за которой следует символ ^: x^, y^, a^. Стрелка после имени переменной ссылочного типа говорит о том, что речь идет не о значении данной переменной (адресе ячейки памяти), а о значении одноименной динамической переменной, то есть переменной, на которую указывает эта переменная ссылочного типа.

Таким образом, значение переменной с указателем тождественно значению одноименной динамической переменной. Она может быть использована во всех выражениях и операторах, где допускается использование переменных того типа, что и тип одноименной динамической переменной:

New(a);

New(b);

WriteLn(a^, ‘ ‘, b^); на экран будет выведено содержание ячеек
памяти, адреса которых содержатся

в переменных a и b

WriteLn(a, ‘ ‘, b); ошибка! Нельзя выводить на экран адреса

ячеек памяти (Error 64)

a^ := 3;

b^ := 5;

WriteLn(a^, ‘ ‘, b^); на экран будет выведено: 3 5

a := b; переменная a содержит адрес той же ячейки, что и переменная b – они указывают на одну и ту же ячейку памяти

WriteLn(a^, ‘ ‘, b^); на экран будет выведено: 5 5

b := Nil; ссылка b никуда не указывает

WriteLn(a^, ‘ ‘, b^); ошибка! Значение b^ не определено!

Представим для наглядности полученные результаты в виде рисунков, причем в прямоугольниках укажем текущие значения соответствующих переменных, а стрелками – связи между ними: