C'de pointer'lar, diziler ve string'ler

Pointer, C’yi öğrenirken en çok korkulan konu. Oysa bu derste zaten bildiğin bir şey: adres. LC-3’te LDR R1, R2, #0 yazdığında R2 bir pointer’dı; içinde bir değer değil, bir bellek adresi vardı. C’deki *p tam olarak budur. Bu sayfa pointer’ları, dizileri ve string’leri birlikte anlatıyor, çünkü C’de üçü aynı fikrin parçası.

Sınav soruları: pointer diyagramı çizerek “What is printed?”, dizi ve pointer aritmetiği, string işleme fonksiyonları, LC-3 bellek adresi hesabı.

Adres ve pointer

Her değişken bellekte bir konumdadır. & operatörü o konumun adresini verir. Bir pointer değişkeni, adres saklayan değişkendir.

int x = 42;
int *p = &x;        /* p, x'in adresini tutar */
printf("%d %d\n", *p, p == &x);
*p = *p + 8;        /* x = 50 */
printf("%d\n", x);

42 1
50

* iki anlamda kullanılır: tanımda (int *p) “pointer tipi”, ifadede (*p) “gösterdiği değer”.

Pointer diyagramı

Her soruda kutular ve oklar çiz. Kutu = değişken, ok = pointer.

int a = 3, b = 7;  int *p = &a, *q = &b;

 p ──► [a: 3]        q ──► [b: 7]

*p = *q + 1;        p ──► [a: 8]        q ──► [b: 7]
q = p;              p ──► [a: 8] ◄── q        [b: 7]
*q = *q * 2;        p ──► [a: 16] ◄── q       [b: 7]

Sonuç: a = 16, b = 7. q = p satırı değer kopyalamaz, oku kopyalar.

LC-3 karşılığı

x yerel bir değişken (R5 + 0), p ikinci yerel (R5 - 1) olsun:

        ADD  R0, R5, #0     ; R0 = &x
        STR  R0, R5, #-1    ; p = &x
        LDR  R1, R5, #-1    ; R1 = p
        LDR  R2, R1, #0     ; R2 = *p

&x bir adres hesabıdır (ADD ya da LEA), *p bir LDR’dir.

Pointer ile “referansla çağırma”

C’de her şey değerle geçer. Ama değer bir adres ise, fonksiyon o adresteki asıl değişkeni değiştirebilir.

void swap(int *a, int *b) { int t = *a; *a = *b; *b = t; }

int x = 1, y = 2;
swap(&x, &y);           /* x = 2, y = 1 */

Bir fonksiyondan birden fazla sonuç döndürmenin yolu da budur:

void minmax(int a[], int n, int *mn, int *mx) {
    int i;
    *mn = *mx = a[0];
    for (i = 1; i < n; i++) {
        if (a[i] < *mn) *mn = a[i];
        if (a[i] > *mx) *mx = a[i];
    }
}

int a[5] = {4, -1, 9, 3, 0}, mn, mx;
minmax(a, 5, &mn, &mx);
printf("%d %d\n", mn, mx);

-1 9

scanf("%d", &x); satırındaki & da bu yüzden var: scanf okuduğu sayıyı x’in adresine yazar.

Diziler

int a[5]; bellekte art arda 5 int ayırır. İndeks 0’dan başlar: a[0] … a[4].

LC-3’te (int = bir kelime) a x4010’da başlıyorsa:

adres:  x4010  x4011  x4012  x4013  x4014
       [a[0]] [a[1]] [a[2]] [a[3]] [a[4]]

a[i]’nin adresi = taban + i. Dizi yerel ise yığında, global ise global bölgede durur.

TUZAK · sınır kontrolü yok. C, a[5] ya da a[-1] yazmanı engellemez; sadece o adresteki belleği okur ya da ezer. Yığında bu, başka bir değişkeni ya da dönüş adresini bozabilir: güvenlik açıklarının klasik kaynağı (buffer overflow).

Dizi adı bir adrestir

a, &a[0] ile aynıdır. Bu yüzden:

$a[i] \equiv *(a + i) \qquad p[i] \equiv *(p + i)$

Pointer aritmetiği: p + k, k eleman ileriyi gösterir; adres tipin boyutu kadar artar. İki pointer’ın farkı aradaki eleman sayısıdır.

int a[4] = {7, 3, 9, 1};
int *p;
int s = 0;
for (p = a; p < a + 4; p++)
    s += *p;
printf("%d\n", s);

20

*p++ ile (*p)++

Diziyi fonksiyona geçirmek

Dizi kopyalanmaz; ilk elemanın adresi geçer. void f(int v[]) ile void f(int *v) aynıdır. Fonksiyon dizinin boyutunu bilemez, bu yüzden boyut ayrı parametre olarak verilir.

String’ler

C’de string, sonunda null karakteri ('\0', değeri 0) olan bir char dizisidir. LC-3’teki .STRINGZ ile aynı fikir.

char s[] = "Hi";
printf("%d %d %d\n", s[0], s[1], s[2]);

72 105 0

Kendi string fonksiyonların

int mylen(const char *s) {
    int n = 0;
    while (s[n] != '\0') n++;
    return n;
}

void mycopy(char *dst, const char *src) {
    while ((*dst++ = *src++) != '\0')
        ;
}

int countc(const char *s, char c) {
    int k = 0;
    for (; *s; s++)
        if (*s == c) k++;
    return k;
}

char d[20];
mycopy(d, "banana");
printf("%s %d\n", d, countc(d, 'a'));

banana 3

TUZAK · string’leri == ile karşılaştırmak. a == b iki dizinin adreslerini karşılaştırır. İçerik aynı olsa da adresler farklıdır, sonuç 0. İçerik için strcmp(a, b) == 0 kullan.

char a[] = "abc", b[] = "abc";
printf("%d %d\n", a == b, strcmp(a, b) == 0);

0 1

Sık yapılan hatalar

int x = 5;
int *p = &x;
*p = 9;
printf("%d\n", x);

int a = 3, b = 7;
int *p = &a, *q = &b;
*p = *q + 1;
q = p;
*q = *q * 2;
printf("%d %d\n", a, b);

void swap(int *a, int *b) { int t = *a; *a = *b; *b = t; }
/* in main: */
int x = 1, y = 2;
swap(&x, &y);
printf("%d %d\n", x, y);

int a[5] = {3, 1, 4, 1, 5};
int *p = a;
printf("%d %d %d\n", *(p + 2), p[4], *a + 1);

int a[] = {10, 20, 30};
int *p = a;
int x = *p++;
printf("%d %d %d\n", x, *p, a[0]);

int a[] = {10, 20, 30};
int *p = a;
int x = (*p)++;
printf("%d %d %d\n", x, *p, a[0]);

void dbl(int v[], int n) { int i; for (i = 0; i < n; i++) v[i] *= 2; }
/* in main: */
int v[3] = {1, 2, 3};
dbl(v, 3);
printf("%d %d %d\n", v[0], v[1], v[2]);

char s[] = "hello";
s[0] = 'j';
printf("%s %d %d\n", s, (int) strlen(s), (int) sizeof(s));

char s[] = "hello";
char *p = s + 2;
printf("%s %c\n", p, *(p + 1));

void reverse(char s[]) {
    int i = 0, j = strlen(s) - 1;
    while (i < j) {
        char t = s[i]; s[i] = s[j]; s[j] = t;
        i++; j--;
    }
}
/* in main: */
char w[] = "stack";
reverse(w);
printf("%s\n", w);