計算機実習 I

第九回 (2005年 6月 16日)

ポインタの応用

http://www.sw.it.aoyama.ac.jp/2005/Computer%20Practice%20I/lecture9.html

© 2005 Martin J. Dürst 青山学院大学

プログラミングへの心構え

• sleep well! (but not during the class!!!)
• 関数を作るときに一般的な使い方を考える

ポインタの用途

• 低レベルのアドレス操作 (デバイス割り当てなど)
• 動的メモリの管理
• 配列の処理の効率化
• 参照 (関数への渡しなど)
• 間接 (indirection)

メモリの使い方

メモリは変数などの種類によってに分けられ、使用領域が違う。典型例:

ヒープの使い方

• プログラムの途中にメモリを使いたいが、どのぐらい必要か予想できない
• 主な用途:
  • 要素数が予想できない配列 (文字列を含めて)
  • 要素の数が予想できないデータ構造 (木、リスト等)
• 使い方:
  • メモリが必要なとき、メモリを用意する関数 (malloc 等) を呼ぶ
  • メモリが要らなくなったとき、領域を解放する関数 (free) を呼ぶ

動的メモリの定石

• ヘッダファイルのインクルード:
  #include <stdlib.h>
• ポインタの定義:
  struct x *pX;
• メモリ領域の用意:

  if (!(pX = (struct x*) malloc(sizeof(struct x))))
      printf("Not enough memory!\n"), exit(1);

• 使用:
  pX->a = 500;
• メモリ領域の解放:
  free (pX);

定石の説明

if (!(           /* メモリが足りるかのテスト */
     pX =        /* * 新しいメモリへのポインタの代入 */
     (struct x*) /* 適切なポインタ型への変換 */
     malloc(sizeof(struct x))) /* メモリの大きさの計算と関数の呼び出し */
{
    printf("Not enough memory!\n"); /* エラー処理 */
    exit(1);
}

動的メモリの関数

• malloc: メモリブロックの確保、初期化なし、メモリが足りないときに (void*)0 を返す
• calloc: メモリブロックの確保、 0000 で初期化
• realloc: メモリブロックの再確保
  新場所 = realloc(旧場所、新サイズ);
pNew = realloc(pOld, 10);
  
• free: メモリブロックの解放

動的メモリの注意

• realloc, free にはブロックの先端のアドレスしか使えない
• 解放後、再確保後の使用は禁物
• 確保と解放の責任を決める必要がある
• 要らなくなった領域を解放し忘れない (memory leak)

void * と NULL

• ポインタの型が関係ないときには void * を使う
• 普通のポインタ型から又は普通のポインタ型への変換が可能
• ポインタがどこにも指してないときは NULL (0) を使う
• NULL のポインタを参照するのはエラーになるので必要に応じて使う前にチェック

ポインタで配列処理の効率化

• 配列記述を処理するには (掛け算一つと) 足し算一つが必要
• 動くポインタを使えばその演算は要らない
• 配列の処理の終了も指数ではなくて、配列の終わりのアドレス (配列の後に次の要素が来れる場所) を使える
• 同じ型のポインタは比較可能

ポインタと配列の組み合わせ

• 配列の配列: a[10][10]; a[][5]
• ポインタの配列: *p[20], *p[];

ポインタと配列の違い

(int a[20], *p; を想定する)

• 確保されたメモリが違う
• sizeof の結果が違う
• 配列のアドレスは配列と同じ (a == &a)
• 関数に渡すと区別が分からなくなる

ポインタと構造体

• 構造体へのポインタは非常に多い
• ポインタからの構造体メンバの参照には -> 演算子が使える
• 方程式:

  p->m ≡(*p).m

構造体をポインタでつなぐ

構造体をポインタでつなぐことがよくある (リスト、ツリー等)

構造体のメンバの一つを構造体へのポインタにする

その場合には無名の構造体が使えない。

例:

typedef struct line {
    char *s;
    struct line *next;
} line;

ポインタと関数

• 関数へのポインタも取れる (関数ポインタと呼ぶ)
• こういうポインタを関数に渡すことが出来る
• 定義:
  int (*kanp)(int a, int b);
• 実際の関数のアドレスを取るときには & はあってもなくても良い:
  kanp = max; /* & 無し */
kanp = &min; /* & 有り */
• 呼び出す時には必ず * が必要:
  result = (*kanp)(2, 3);
• 複雑な定義の場合は使い方を見よう!

演習について

• 09A1: 06C2 を出来てない人は先週配ったプログラムを使う。用意された入力ファイルを使う。
• 09A2: 関数へのポインタも出力
• 09B2: alignement (アラインメント、メモリの最適配置)
• 09B3: 今日はあるメモリ領域 (void * と長さ) をバイトごと二進数で出力するプログラムだけを作る。来週追加説明がある。
• 09C1、09C2 は来週に回してもよい。逆に、今まで残された問題があれば速めにやる。

課題について

• 09B3 のための関数を使える可能性がある

次回の準備

• C: ドライブに作ったプログラムを忘れずに Z: ドライブに移す
• 今日の復習。来週もミニテストがある。
• 新訂新 C 言語入門の第 8 章 (ポインタ、pp. 203-228) を必要に応じて読み直す。