Introdução. Ponteiros

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1 Introdução O correto entendimento e uso de ponteiros é crítico para um programador C. Há três razões para isso: 1. Ponteiros fornecem os meios pelos quais as funções podem modificar seus argumentos; 2. Ponteiros são usados para suportar as rotinas de alocação dinâmica de C; 3. O uso de ponteiros pode aumentar a eficiência de determinadas rotinas. Ponteiro é um dos aspectos mais fortes e mais perigosos da linguagem C. Por exemplo: Ponteiros não inicializados podem provocar uma quebra do sistema. Talvez pior, é fácil usar ponteiros incorretamente, ocasionando erros que são muito difíceis de encontrar. Ponteiros Um ponteiro é uma variável que contém um endereço de memória. Esse endereço é normalmente a posição de outra variável na memória. Se uma variável contém o endereço de outra, então a primeira variável é dita para "apontar" para a segunda. Gavetas a *b 4 3 c d Fazendo uma analogia com um gaveteiro, as gavetas representam as variáveis, já os números de 1 à 16 são os endereços, na memória, de cada variável (gaveta). O conteúdo da gaveta representa o valor da variável. 1

2 Vamos analisar o trecho de código abaixo para entender o conceito de ponteiro: #include <stdio.h> int a, *b, c, d; a = 15; b = &d; c = 40; d = 28; printf("*b = %d", *b); A variável "a" está representada pela gaveta de endereço "1" e o seu valor, conteúdo da gaveta, é 15. A variável de ponteiro "*b" está representada pela gaveta de endereço "2" e o seu valor, conteúdo da variável, é o endereço de outra gaveta ("4"). A variável "c" está representada pela gaveta de endereço "3" e o seu valor, conteúdo da gaveta, é 40. A variável "d" está representada pela gaveta de endereço "4" e o seu valor, conteúdo da gaveta, é 28. Pelo diagrama dos gaveteiros acima, podemos observar que a variável de ponteiro "*b" aponta indiretamente para o número 28, pois esse é o conteúdo da gaveta de endereço "4". Variáveis Ponteiros Se uma variável irá conter um ponteiro, ela deve ser declarada como tal. Uma declaração de ponteiro consiste no tipo, um "*" e o nome da variável. Exemplo: tipo *nome; Onde: "tipo" é qualquer tipo válido na linguagem C e "nome" é o nome da variável int *tamanho; 2

3 Operadores de Ponteiros Existem dois operadores unários para ponteiros: * e &. O operador unário & devolve o endereço na memória do seu operando. Um operador unário requer apenas um operando. int *m, count; count = 10; m = &count; A instrução acima coloca na variável ponteiro "m" o endereço de memória da variável "count" e não o conteúdo de "count". O operador & pode ser entendido como "o endereço de". Assim, o comando de atribuição anterior significa "m recebe o endereço de count". O segundo operador unário de ponteiro é *. Esse operador devolve o valor da variável localizada no endereço que o ponteiro está referenciando ou "apontando". int a, q, *m; a =23; m = &a; q = *m; Memória 1 a 23 5 q 23 9 *m 1 No trecho de código acima podemos observar que o ponteiro "*m" recebe o endereço da variável "a" e em seguida usamos o operador unário * para colocar na variável "q" o valor apontado pelo ponteiro "m". O operador unário * pode ser entendido como "conteúdo" ou "valor". Assim, o comando de atribuição anterior significa "q recebe o conteúdo (valor) armazenado no endereço apontado por *m". Atribuição de Ponteiros Como é o caso com qualquer outra variável, um ponteiro pode ser usado do lado direito de um comando de atribuição para passar seu valor para outro ponteiro. 3

4 Veja o exemplo: #include <stdio.h> int x, *p1, *p2; x = 56; p1 = &x; p2 = p1; printf("endereco apontado por p1 = %p\n", p1); printf("endereco apontado por p2 = %p\n", p2); Veja a saída do programa acima, após sua execução: endereco apontado por p1 = 0022FF44 endereco apontado por p2 = 0022FF44 Vamos analisar como ficou a área de memória do programa: End. Na memória Variável Valor 0022FF3C *p2 0022FF FF40 *p1 0022FF FF44 x 56 A variável "x" recebeu o valor "56", já o ponteiro "*p1" recebeu o endereço de "x". Por fim, o ponteiro "*p2" recebeu o conteúdo de "*p1", ou seja, o endereço apontado por "*p1". Tanto "*p1" quanto "*p2" estão referenciando (apontando) para o mesmo endereço de memória, ou seja, "x". Comparação de Ponteiros É possível comparar dois ponteiros em uma expressão relacional, porém devemos tomar cuidado com esta prática, pois ponteiros armazenam endereços e não valores. Veja o exemplo a seguir: 4

5 #include <stdio.h> int a, b, *p1, *p2; a = 78; b = 78; p1 = &a; p2 = &b; if (p1 == p2) printf("p1 eh igual a p2"); else printf("p1 diferente de p2"); A saída gerada pela execução do programa acima é: p1 diferente de p2 Vamos analisar o mapa da memória para entender o porquê a execução produziu esse resultado. End. Memória Variável Conteúdo 1 a 78 5 b 78 9 *p *p2 5 Pelo mapa de memória acima, podemos observar que o conteúdo dos ponteiros "*p1" e "*p2" é diferente, ou seja, 1 e 5 respectivamente. Embora o valor de "a" e "b" seja igual, devemos lembrar que quando comparamos ponteiros, estamos comparando os endereços apontados por eles e não o valor (conteúdo) referenciado (apontado). 5

6 Para fazer a comparação retornar verdadeiro, devemos comparar os valores referenciados (apontados) pelos ponteiros. Veja o exemplo abaixo: #include <stdio.h> int a, b, *p1, *p2; a = 78; b = 78; p1 = &a; p2 = &b; if (*p1 == *p2) printf("p1 eh igual a p2"); else printf("p1 diferente de p2"); A saída gerada pelo programa acima é: p1 eh igual a p2 Nesta situação estamos comparando os valores referenciados (apontados) pelos ponteiros "*p1" e "*p2". Inicialização de Ponteiros Após a declaração de um ponteiro, devemos atribuir a ele um endereço válido ou NULL (nulo) para inicializá-lo. Por convenção, um ponteiro é declarado e iniciado com NULL (nulo) zero. Essa prática é importante porque após a declaração do ponteiro, o seu conteúdo é um endereço desconhecido da memória, e usar esse endereço pode ser perigoso, fazendo com que o seu programa trave ou acesse uma área proibida do sistema operacional. Muitas vezes gera um erro chamado de GPF General Protection Fault. Veja o exemplo abaixo: #include <stdio.h> int *p1; printf ("endereco apontado por p1: %p", p1); 6

7 Saída gerada pela execução do programa anterior: endereco apontado por p1: 770CB0FF O endereço de memória "770CB0FF" é desconhecido, não sabemos se é uma área livre da memória, ou uma área que está sendo usada por outro programa. Portanto, acessá-la é arriscado, podendo causar algum tipo de instabilidade no sistema operacional ou em qualquer outro programa em execução. Por convenção, devemos declarar um ponteiro da seguinte forma: int *p1=null; A instrução acima faz com que o ponteiro aponte para NULL (nulo) zero. Esta prática evita o acesso a regiões desconhecidas da memória, contudo ainda assim é necessário, em algum momento da execução do programa, atribuir um endereço válido ao ponteiro. Veremos mais adiante que acessar uma variável membro de estrutura que não foi inicializada, também irá causar GPF. É de responsabilidade do programador C, a utilização correta de ponteiros! Outro cuidado que se deve tomar quando se utiliza ponteiros, é que devemos sempre ter em mente que um ponteiro é uma referencia indireta para outra variável. Veja o exemplo abaixo: #include <stdio.h> int a, b, *p1, *p2; a = 42; b = a; p1 = &a; p2 = p1; *p2 = 98; printf (" a = %d\n", a); printf (" b = %d\n", b); printf ("*p1 = %d\n", *p1); printf ("*p2 = %d\n", *p2); Veja a saída gerada pelo programa acima: a = 98 b = 42 *p1 = 98 *p2 = 98 7

8 Note que a atribuição de 98 ao ponteiro "*p2", afetou o ponteiro "*p1" e a variável "a", mas não afetou a variável "b". Vamos analisar os mapas de memória para entender o que aconteceu: Mapa de memória antes da execução de "*p2 = 98" End. Memória Variável Conteúdo 1 a 42 5 b 42 9 *p *p2 1 Note que "*p1" e "*p2" estão referenciando (apontando) para o endereço da variável "a". Mapa de memória após a execução de "*p2 = 98" End. Memória Variável Conteúdo 1 a 98 5 b 42 9 *p *p2 1 A instrução "*p2 = 98" colocado o valor 98 no endereço referente a variável "a", pois o ponteiro "*p2" está referenciando (apontando) para o endereço "1" da variável "a". Consequentemente, como o ponteiro "*p1" também está referenciando (apontando) para o endereço da variável "a", qualquer modificação feita pelo ponteiro "*p2" no conteúdo do endereço "1", irá se refletir no ponteiro "*p1". Passagem de parâmetro por valor e por referência A passagem de parâmetro por valor é feita utilizandose variáveis comuns, já a passagem de parâmetro por referência é feita exclusivamente por meio de ponteiros. É importante saber diferenciar estes dois tipos de passagem de parâmetro, pois a utilização errada pode gerar um comportamento indesejado. Veja o exemplo abaixo: 8

9 #include <stdio.h> void alterar (int tamanho, int *codigo) 1 tamanho = 80; 2 *codigo = 45; 3 int tamanho, codigo; 4 5 tamanho = 60; 6 codigo = 35; 7 printf("antes alteracao:\n"); 8 printf("\ttamanho = %d\n", tamanho); 9 printf("\tcodigo = %d\n", codigo); 10 alterar(tamanho, &codigo); 11 printf("\ndepois alteracao:\n"); 12 printf("\ttamanho = %d\n", tamanho); 13 printf("\tcodigo = %d\n", codigo); 14 Veja a saída gerada pela execução do programa acima: Antes alteracao: tamanho = 60 codigo = 35 Depois alteracao: tamanho = 60 codigo = 45 Vamos desenhar os mapas de memória para entender o que aconteceu. Abaixo tempos o mapa de memória que representa o estado das variáveis no exato momento em que a função alterar é chamada: Área de memória da função main End. Memória Variável Conteúdo 1 tamanho 60 5 codigo 35 Área de memória da função alterar 21 tamanho *codigo 5 Na chamada da função alterar, a variável "tamanho" é passada por valor e "codigo" é passado por referência. 9

10 Mapa de memória que representa o estado das variáveis após a execução da função alterar: Área de memória da função main End. Memória Variável Conteúdo 1 tamanho 60 5 codigo 45 Área de memória da função alterar 21 tamanho *codigo 5 Podemos observar que o valor da variável "tamanho" é alterado de 60 para 80 dentro da área de memória da função "alterar". Já o valor da variável "codigo" é alterado de 35 para 45 dentro da área de memória da função "main". Isto acontece por que o ponteiro "*codigo" da função "alterar" recebe como parâmetro a referência (endereço) da variável "codigo" que está na área de memória da função "main". Como o ponteiro "*codigo" está referenciando (apontando) para outra variável, qualquer alteração no conteúdo do ponteiro "*codigo" irá se refletir na variável referenciada, ou seja, na variável "codigo" da função main. 10

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