e uso de ponteiros Prof. Leandro Tonietto Estruturas de Dados em C++ - Unisinos abr-10

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1 Alocação de Memória e uso de ponteiros Prof. Leandro Tonietto Estruturas de Dados em C++ - Unisinos ltonietto@unisinos.br abr-10

2 Sumário Introdução Alocação de variáveis: tipos primitivos Alocação de ponteiros: tipos primitivos Manipulação de strings como array de caracteres Ponteiros e instanciação de objetos com new Alocação dinâmica de vetores 27-abr-10 Leandro Tonietto 2

3 Introdução Qualquer dado para ser processado deve estar na memória Como memória podemos entender como slots de bytes para armazenamento temporário. Todas as variáveis são posições de memória Variáveis na memória possuem: nome, tipo, tamanho e valor que armazenam. Memória n 27-abr-10 Leandro Tonietto 3

4 Alocação de variáveis: tipos primitivos A alocação de variáveis de tipos de dados primitivos (int, double, float, char, bool e etc) é estática, com acesso direto a valores e é trivial. Estática significa que alocada no momento de entrada do seu escopo e será descarregada no final do escopo, tudo de forma automática feita pelo compilador. Chamamos de alocação implícita. Portanto, a simples declaração de uma variável implica em alocação de memória. Exemplo: int v1; 27-abr-10 Leandro Tonietto 4

5 Alocação de variáveis: tipos primitivos Memória n v1 v1 está associado com a posição 0 (zero), que é a próxima livre. Código-fonte: int v1; 27-abr-10 Leandro Tonietto 5

6 Alocação de variáveis: tipos primitivos Memória n v1 v2 v2 está associado com a posição 1, que é a próxima livre. Código-fonte: int v1; int v2; 27-abr-10 Leandro Tonietto 6

7 Alocação de variáveis: tipos primitivos Memória n 5 3 v1 v2 Código-fonte: int v1; int v2; v1 = 5; v2 = 3; Quando atribuímos um valor para uma variável, estamos fazendo com a posição de memória da variável tenha este valor. Ex.: v1=5, significa posição zero recebe valor 5 27-abr-10 Leandro Tonietto 7

8 Alocação de variáveis primitivos Memória n v1 v2 r Código-fonte: int v1; int v2; v1 = 5; v2 = 3; int r = v1+v2; Da mesma forma, a variável r foi alocada na próxima posição livre para int e recebeu um valor, no caso a soma dos valores armazenados nas posições 0 e 1; também podemos dizer que é a soma das variáveis v1 e v2, porque v1 e v2 são como apelidos para as posições 0 e 1 da memória. 27-abr-10 Leandro Tonietto 8

9 Alocação de ponteiros: tipos primitivos A alocação de ponteiros para variáveis de tipos primitivos implica alocação dinâmica, com manipulação indireta a valores e não é trivial. Dinâmica significa a área de memória que armazena um valor deve ser alocada explicitamente no momento da sua utilização. Portanto, sem alocação previa. Chamamos de alocação explícita. Portanto, a simples declaração de uma variável NÃO implica em alocação de memória, deve-se alocar memória primeiro para depois utilizá-la. Exemplo: int *p1; p1 = new int; 27-abr-10 Leandro Tonietto 9

10 Alocação de ponteiros: tipos primitivos Memória n 5 v1 v1 está associado com a posição 0 (zero) e recebe o valor 5. Código-fonte: int v1; v1 = 5; 27-abr-10 Leandro Tonietto 10

11 Alocação de ponteiros: tipos primitivos Memória n 5 v1 p1 Criado um ponteiro (p1) para int (int *). O ponteiro, assim como a variável não tem valor inicial. Código-fonte: int v1; v1 = 5; int *p1; 27-abr-10 Leandro Tonietto 11

12 Alocação de ponteiros: tipos primitivos Memória n 5 &5 v1 p1 Código-fonte: Quando atribuímos um valor para um ponteiro, estamos atribuindo um endereço de memória e não exatamente um valor (dado). int v1; v1 = 5; int *p1; p1 = v1; // ERRO DE LÓGICA NO PROGRAMA: p1 = v1 é a mesma coisa que p1=5, que significa que p1 apontará para o endereço 5 da memória. 27-abr-10 Leandro Tonietto 12

13 Alocação de ponteiros: tipos primitivos Memória n 5 &0 v1 p1 Código-fonte: int v1; v1 = 5; int *p1; p1 = &v1; // Agora está correto, pois p1 recebe o endereço de v1. Se diz, então, que p1 aponta para v1, logo p1 aponta para o endereço 0 (zero) da memória. A instrução p1=&v1 é igual a p1=0 Para utilizarmos com eficiência ponteiros, devemos atribuir para eles endereços de variáveis ou de memória previamente alocados. Para informar obter o endereço de memória de uma variável deve-se utilizar o operador & 27-abr-10 Leandro Tonietto 13

14 Resumo alocação de ponteiros Para criar ponteiros Uso do asterisco antes do nome da variável int *ptr; Para atribuir um endereço de uma variável para um ponteiro Uso do e comercial antes da variável ptr = &v1; Usando o valor de uma variável apontada por um ponteiro Uso do asterisco antes da variável de ponteiro *ptr 27-abr-10 Leandro Tonietto 14

15 Resumo alocação de ponteiros Exemplo de código: #include <iostream> int main(){ int v1; v1 = 0; int *p1 = &v1; cout << v1 está na posição << &v1 << e tem o valor << v1 << endl; cout << p1 está na posição << &p1 << e tem o valor << p1 <<. Valor da posição de mem. Apontada por p1 << *p1 << endl; return 0; } 27-abr-10 Leandro Tonietto 15

16 Alocação de ponteiros: dicas de sobrevivência!! Inicializando ponteiros Uso de NULL ou 0 (são equivalentes) ptr = NULL; // ou ptr = 0; Podem ser criados ponteiros para qualquer tipo de dados, inclusive tipos criados pelo usuário Dica! Use o sufixo ptr nas variáveis de ponteiro Importante: Sempre inicialize os ponteiros para preservar sua sanidade :-) Um ponteiro não inicializado aponta para uma área qualquer de memória, provavelmente, uma área inválida de memória. Erro: access violation. 27-abr-10 Leandro Tonietto 16

17 Strings como array de char Uma texto é formado várias letras, assim como uma string (cadeia de caracteres) é formada por vários dados do tipo char. Exemplo: char c; // declaramos uma letra; char t[10]; //declaramos um texto com 10 letras. Problema: quando é necessário representar um texto com tamanho desconhecido, o que podemos fazer 27-abr-10 Leandro Tonietto 17

18 Strings como array de char A solução é utilizar um ponteiro para char. Exemplo: char *t; // alocamos um ponteiro para char A questão agora é: Todo ponteiro aponta para um endereço de memória, então a string deve estar na memória para ser apontada. A string é um array de caracteres, contudo ponteiros também são utilizados para manipulação de arrays (aliás, lógica de ponteiros e de arrays estão intimamente relacionadas). O acesso a caracteres individuais feito como no uso de arrays, pelo caracteres [ e ]. Exemplo: t[0]. 27-abr-10 Leandro Tonietto 18

19 Strings como array de char Exemplo: #include <iostream> int main(){ char *t = new char[10]; for(int i=0; i<10; i++){ t[i] = 65 + i; // 65=A, 66=B, 67=C,... } char *t2 = t; // o que fizemos aqui t2[0] = Z ; cout << t = << t << endl; cout << t2= << t2 << endl; // o que será impresso na tela return 0; } 27-abr-10 Leandro Tonietto 19

20 Strings como array de char Exemplo: #include <iostream> int main(){ char *t = new char[8]; for(int i=0; i<8; i++){ t[i] = 65 + i; // 65=A, 66=B, 67=C,... } char *t2 = t; // o que fizemos aqui ERRO t2[0] = z ; cout << t= << t < endl; cout << t2= << t2 << endl; // o que será impresso na tela return 0; } Atribuímos o mesmo endereço de memória de t para t2. Quando alteramos um impacta no outro. É um erro comum com ponteiros. Solução: criar nova área de memória e copiar os bytes. 27-abr-10 Leandro Tonietto 20

21 Strings como array de char Exemplo: #include <iostream> int main(){ char *t = new char[8]; for(int i=0; i<8; i++){ t[i] = 65 + i; // 65=A, 66=B, 67=C,... } char *t2 = new char[8]; for(int i=0; i<8; i++){ t2[i] = t[i]; } t2[0] = z ; cout << t= << t < endl; cout << t2= << t2 << endl; return 0; } Atribuímos o mesmo endereço de memória de t para t2. Quando alteramos um impacta no outro. É um erro comum com ponteiros. Solução: criar nova área de memória e copiar os bytes. 27-abr-10 Leandro Tonietto 21

22 Strings como array de char Memória: ERRO t2 = t Memória: SOLUÇÃO t2 = new char[8] 0 &1 t 0 &1 t 1 ZBCDEFGH 1 ABCDEFGH 2 &1 t2 2 &3 t2 3 3 ZBCDEFGH n n 27-abr-10 Leandro Tonietto 22

23 Tarefas Utilizar lógica de ponteiros para resolver o problema abaixo: Criar uma classe Pessoa com os atributos nome e endereco do tipo array de char; e com o atributo inteiro idade. Criar um main para instanciar 3 pessoas. Solicitar que o usuário digite os dados de 3 pessoas diferentes e atribuir estes dados para os objetos de pessoa instanciados anteriormente. Quando copiar dados do tipo char *, cuidar para não apontar para a mesma área de memória. No main, quando utilize sempre a mesma variável temporária para leitura das strings. Por exemplo: char buffer[80]; Dicas: o comando strlen(buffer) retorna o número de caracteres de uma string O comando para leitura de strings de maneira mais fácil é: cin.getline(buffer, 80); 27-abr-10 Leandro Tonietto 23

24 Strings como array de char Quando fizemos a cópia de strings em classes ocorre o mesmo problema do exemplo (t2=t), então temos que utilizar a mesma solução: criar uma nova área de memória, fazer o atributo ponteiro apontar para ela e copiar as informações individualmente. Exemplo: // no main: char buffer[80]; cin.getline(buffer,80); Pessoa p; p.setnome(buffer); Importante: : em strings char * o fim da string deve ser sinalizado com o caractere terminador de string: \0 // na classe Pessoa (.cpp): void Pessoa::setNome(char *n){ int length = strlen(n); nome = new char[length+1]; for(int i=0; i<length; i++){ nome[i] = n[i]; } nome[length] = \0 ; } 27-abr-10 Leandro Tonietto 24

25 Funções para usar com char * Nas bibliotecas padrões de C++ podemos fazer uso de diversas funções utilitárias para manipulação de strings do tipo char *. Biblioteca string.h: #include <string.h> Funções: strcat, strcpy, strtok, strlen, strcmp e etc. 27-abr-10 Leandro Tonietto 25

26 Funções para usar com char * strcat: Concatena duas strings: char *c = new char[3]; strcpy(c, "blá"); strcat(c, "blá123"); // ficará bláblá123 strcpy: Copia conteúdo de um string para outra: char *c = new char[strlen(n)]; strcpy(c, n); // é a mesma coisa que: void Pessoa::setNome(char *n){ int length = strlen(n); nome = new char[length+1]; for(int i=0; i<length; i++){ nome[i] = n[i]; } nome[length] = \0 ; 27-abr-10 Leandro Tonietto 26 }

27 Funções para usar com char * strtok: Separa uma string em várias strings, separadas por algum delimitador. Exemplo: char c[] = "fulano;23;2550.0"; char s[] = ";"; char *t = strtok(c, s); // recebe o primeiro token fulano strlen: Retorna o tamanho de uma string. Na realidade a quantidade de caracteres até encontrar o terminador \0. Exemplo: int length = strlen(nome); strcmp: Compara duas strings caractere-a-caractere e retorna: 0 (zero) se são iguais 1 se a primeira é maior que a segunda -1 se a segunda é maior que a primeira if(strcmp(s1, s2) == 0) return s1; 27-abr-10 Leandro Tonietto 27

28 Funções para usar com char * Exercícios para praticar strings (desafio 2, entregar no GA): Crie um programa que leia duas palavras, se forem iguais, escreva: palavras são iguais. Caso a primeira palavra seja maior alfabeticamente, crie uma nova string com a mensagem: <palavra1> é maior que <palavra2>. Onde <palavra1> é primeira palavra digitada e <palavra2> é a segunda. Crie um programa que leia uma data fornecida pelo usuário. Considere que o usuário digitará uma string no formato dd/mm/yyyy. Imprima os campos da data separadamente. Exemplo: dia <dd> de <MM> de <yyyy>. Onde: <dd>, <mm> e <yyyy> são os valores digitados pelo usuário na string dd/mm/yyyy. Crie uma calculadora de linha de comando. O usuário digita uma expressão no formato: <operando1> <operador> <operando2> (exemplo: 5 + 6). O programa interpretar a expressão, extraindo os números, realizando a operação desejada e imprimindo o resultado. 27-abr-10 Leandro Tonietto 28

29 Alocação de variáveis: tipos estruturados Assim como acontece na alocação de variáveis de tipos primitivos, a alocação de variáveis de tipos estruturados (objetos de classes) é trivial e feita de forma automática e estática: Estática significa que alocada no momento de entrada do seu escopo e será descarregada no final do escopo, tudo de forma automática feita pelo compilador. Chamamos de alocação implícita. Portanto, a simples declaração de uma variável implica em alocação de memória. Exemplo: Pessoa p; 27-abr-10 Leandro Tonietto 29

30 Alocação de variáveis: tipos estruturados N Memória nome=<> endereco=<> idade=<> p Pessoa p; Quando a variável p é declarada ela é automaticamente alocada na memória do programação. Então p já tem um endereço de memória e sua área de memória recebe os seus atributos. Repare que os atributos não possuem valores válidos, sendo eles ponteiros ou não. 27-abr-10 Leandro Tonietto 30

31 Alocação de variáveis: tipos estruturados Memória nome=&13 endereco=<> idade=<> aux[0]= L aux[1]= u aux[2]= i p aux Pessoa p; char aux[4]; cin.getline(aux,4); // aux = Luis p.setnome(aux); aux[3]= s L u i void Pessoa::setNome(char *n){ nome = new char[strlen(n)]; strcpy(nome, n); } 16 s 27-abr-10 Leandro Tonietto 31

32 Alocação de variáveis: tipos estruturados Perguntas: Neste momento, após a linha do setnome(aux), o que aconteceria tentássemos executar imediatamente após a linha: cout << p.getendereco() Justifique Como ficaria o código e o desenho da memória para a atribuição de um endereço para o objeto p 27-abr-10 Leandro Tonietto 32

33 Alocação de ponteiros: tipos estruturados A alocação de ponteiros para objetos de tipos estruturados (classes) implica alocação dinâmica, com manipulação indireta a valores e não é trivial. Dinâmica significa a área de memória que armazena um valor deve ser alocada explicitamente no momento da sua utilização. Portanto, sem alocação previa. Chamamos de alocação explícita. Portanto, a simples declaração de uma variável NÃO implica em alocação de memória, deve-se alocar memória primeiro para depois utilizá-la (new). Exemplo: Pessoa *p; p = new Pessoa(); 27-abr-10 Leandro Tonietto 33

34 Alocação de variáveis: tipos estruturados Memória N &1 nome=<> endereco=<> idade=<> p Pessoa *p; p = new Pessoa(); Quando a variável p é declarada ela é alocada na memória como um ponteiro, ou seja, ela não possui um objeto, mas sim um apontamento apenas. Neste caso, deve-se alocar memória explicitamente para que o ponteiro aponte para uma área de memória válida (operador new). Repare que os atributos ainda não foram alocados. 27-abr-10 Leandro Tonietto 34

35 Alocação de variáveis: tipos estruturados &1 aux[2]= i aux[3]= s u i 27-abr-10 Leandro Tonietto Memória nome=&14 endereco=<> idade=<> aux[0]= L aux[1]= u L s p aux Pessoa *p; p = new Pessoa(); char aux[80]; cin.getline(aux); p->setnome(aux); A alocação dos atributos do objeto apontado pelo ponteiro segue as mesmas regras. Eles devem ser alocados e atribuídos ou copiados para os atributos do objeto. Há uma diferença significativa no uso de ponteiros, ao invés do ponto (.) para acessar os membros do objeto, agora deve-se utilizar a ->.

36 Alocação de variáveis: tipos estruturados Memória 0 &1 p nome=&14 endereco=<> idade=<> aux[0]= L aux[1]= u aux[2]= i aux[3]= s L u i aux Pessoa *p; p = new Pessoa(); char aux[80]; cin.getline(aux); p->setnome(aux); Pessoa *p2; p2 = p; 17 s 18 &1 p2 27-abr-10 Leandro Tonietto 36

37 Resumo sobre ponteiros para objetos Para criar ponteiros Uso do asterisco antes do nome da variável Aluno *ptr; Para atribuir um endereço de um objeto para um ponteiro Uso do e comercial antes da variável Aluno v1; ptr = &v1; Para acessar o conteúdo (objeto) apontado por um ponteiro Uso do asterisco antes da variável de ponteiro *ptr (*ptr).setnome(aux); ou ptr->setnome(aux); 27-abr-10 Leandro Tonietto 37

38 Ponteiros e arrays Arrays e ponteiros estão intimamente relacionados. Podem ser acessados com a mesma lógica. Um ponteiro pode apontar tanto para um 1 elemento quanto para um array de elementos de um determinado tipo. Não importa o tipo de dados. Sendo assim: int b[3]; int *bptr; bptr = b; // repare que não se usa o & // outra forma de fazer a mesma coisa bptr = &b[0]; // é exatamente a mesma coisa!! // é possível acessar elementos do array assim: cout << bptr[2]; bptr += 2; cout << *bptr; // também imprime terceiro elemento 27-abr-10 Leandro Tonietto 38

39 Ponteiros e arrays Memória n b[0]=2 b[1]=1 b[2]=4 &0 b p Código-fonte: int b[]={2,1,4}; int *p = b; cout << p; //imp. 0 cout << *p; // imp. 2 cout << p[2]; // imp. 4 p += 2; // p = = 2 cout << *p; // imp. 4 Quando se atribui um array para um ponteiro, na verdade está se atribuindo o endereço do primeiro elemento. Os demais podem ser acessados pela mesma lógica de array, usando os caracteres [ e ] ou deslocando o ponteiro, com operadores +=, ++, -- e -=. 27-abr-10 Leandro Tonietto 39

40 Resumo: Ponteiros e arrays Ponteiros podem apontar para arrays; neste caso, devese passar o endereço do primeiro elemento: ptr = b; ou ptr=&b[0] Acesso aos elementos do array é feito através da lógica de arrays, usando colchetes. Exemplo, para acessar o n-ésimo elemento do array: ptr[n]; Para arrays de objeto funciona da mesma maneira: Mensagem *mensagens = new Mensagem[5]; // array mensagens[2].settexto(buffer); 27-abr-10 Leandro Tonietto 40

41 Ponteiros para ponteiros Muitas vezes precisamos criar arrays de ponteiros para representar uma coleção de objetos que são de subclasses diferentes, mas de uma mesma superclasse. Por exemplo Criar um array de Pessoas, sendo que é possível instanciar cada registro como Aluno ou Professor. Criar um array de objetos da classe abstrata de Processo, sendo que é possível instanciar como ProcessoCalculo, ou ProcessoLeitura ou outro subtipo qualquer. Exemplo de declaração de array de ponteiros: // cria um array de 100 ponteiros para objetos da classe Pessoa Pessoa *pessoas[100]; // normalmente, deve-se manter também um contador de tamanho // lógico do array int ultimo=0; // para cada elemento do array a ser utilizado no programa, // devemos instanciar um objeto pessoas[ultimo++] = new Professor(); 27-abr-10 Leandro Tonietto 41

42 Ponteiros para ponteiros Quanto temos arrays de ponteiros ou, simplesmente, precisamos alterar um ponteiro criado num objeto em outro objeto, precisamos passar referências como ponteiro para ponteiro. Por exemplo, continuando o exemplo anterior de pessoas: class Impressao { // para fins de exemplificação não foi criado cpp void imprimir(pessoa **p, int ult){ for(int i=0; i<ult; i++){ cout << p[i]->getnome() << endl; } } } Ainda, podemos aumentar (ou modificar) o array original: class AlgumaOutraClasse { // para fins de exemplificação não foi criado cpp void adicionaprofessorfulano(pessoa **p, int *ult){ p[*ult] = new Professor(); p[*ult]->setnome( Fulano ); } } **p é um ponteiro para ponteiro, portanto, podemos receber nesta variável um array de ponteiros *ult é um ponteiro para o último elemento lógico do array ((Professor*)p[*ult])->setEspecialidade( Estrutura de Dados ); (*ult)++; 27-abr-10 Leandro Tonietto 42

43 Próximos passos Exercícios Continuar apresentação sobre programação OO, com herança, uso de ponteiros para relacionamento classebase e classe-derivada e polimorfismo. Passagem de parâmetros para funções. 27-abr-10 Leandro Tonietto 43

44 Exercício Cria a classe Mensagem que representa uma mensagem de . Classe deve conter os atributos: remetente, destinatário, assunto e corpo da mensagem. Crie também os métodos necessários para acesso aos atributos. Entretanto, para os atributos remetente e destinatário, deve-se colocar uma validação, ou seja, só serão aceitos endereços de que: Contenham mais do 6 caracteres. Que possuam o Que possuam algum domínio válido.com,.net ou.org Fazer um arquivo main que crie um ponteiro para um objeto mensagem. Alocar memória dinamicamente para o objeto e fazer a leitura dos campos solicitados. Depois imprimir os dados da mensagem na tela. Modifique o código do método setdestinatario(char *d) para receber mais de um destinatário numa string separada por ; ou, e quebrar num array de vários destinatários (utilize a função strtok). Por exemplo: o usuário digita fulano@tal.com;beltrano@tal.com e o método setdestinatario() quebra em duas strings fulano@tal.com e beltrano@tal.com. 27-abr-10 Leandro Tonietto 44

45 Tarefas Faça a lista de exercícios que está no site da disciplina. Alguns exercícios vão além do que foi visto até o momento, tente fazê-los mesmo assim. Para tanto, seria interessante a leitura do capítulo 8 Ponteiros e strings baseadas em ponteiros do livro C++: como programar, a partir da pág Especialmente o as seções que falam sobre sizeof, const e passagem de parâmetros para funções. Se não conseguir este livro, você pode qualquer outro que fale nestes assuntos. 27-abr-10 Leandro Tonietto 45

46 Referências bibliográficas DEITEL, Harvey M., DEITEL, Paul J. C++: como programar. 5ed. Pearson Education do Brasil Ltda., págs abr-10 Leandro Tonietto 46