I puntatori

Ver. 2.4

© 2010 - Claudio Fornaro - Corso di programmazione in C

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Puntatore E’ una variabile che contiene l’indirizzo di

memoria di un oggetto (variabile o costante) Esempiop è un puntatore e “punta”alla variabile x che in questo esempio ha indirizzodi memoria A55)int x=12;

12

x:A55

pA55 A55

...

...

...

...

12

A50A51A52A53A54A55

p

x

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Definizione Sintassi

tipo *nomeVariabile; Esempiint *punt;char x, *p, *q, y;x e y sono variabili di tipo charp e q sono variabili di tipo puntatore-a-char

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Assegnazione Ad un puntatore si possono assegnare solo

indirizzi di memoria o il valore NULL che indica che il puntatore non punta a nulla

La costante 0 in un contesto dove è atteso un puntatore (inizializzazione e assegnamento di un puntatore, confronto con un puntatore) viene convertita in NULL dal compilatore

L’operatore di indirizzo ‘&’ (“ampersand”) calcola l’indirizzo di memoria di una variabile (si dice che ne restituisce il puntatore)int *p = &x; inizializza p con l’indirizzo di xp = &y; assegna a p l’indirizzo di y

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Utilizzo Si accede all’oggetto puntato da un puntatore

per mezzo dell’operatore ‘*’ dettooperatore di deriferimento (“dereference”) o di indirezione (“indirection”)int x=12, *p = &x; p “punta a” x*p = 24; x ora vale 24*p += 6; x ora vale 30

p è il puntatore*p è l’oggetto puntato (qui è x)

Si noti che la sintassi per indicare l’oggetto puntato e quella della definizione del puntatore sono identiche: *p

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Utilizzo Sia p sia *p sono L-value modificabili, ossia

sono un “qualcosa” (variabile, elemento di vettore, …) a cui si può assegnare un valore

L’operatore ‘*’ ha priorità superiore a quella degli operatori matematicix = 6 * *p; equivale a: x = 6 * (*p);

Per visualizzare il valore di un puntatore si può utilizzare la direttiva %p in una printf

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Tipi e puntatori L’informazione relativa al tipo è necessaria per

permettere ai puntatori di conoscere la dimensione dell’oggetto puntato (usata nell’aritmetica dei puntatori)

Poiché oggetti di tipo diverso possono avere dimensione diversa, l’assegnazione tra puntatori di tipo diverso è in genere errata e il compilatore genera un warning int *p, x=12;long *q, y=26;p = &x; OK!q = &y; OK!q = p; NO! Warningq = &x; NO! Warning

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Puntatori a void Sono puntatori generici e non possono essere

dereferenziati (non si può scrivere *p), possono essere utilizzati solo come contenitoritemporanei di valori di tipo puntatore (a qualsiasi tipo)void *h;

Non serve il cast (void *) per copiare un puntatore non-void in un puntatore voidh = p; (supponendo ad esempio int *p)

Qualsiasi tipo di puntatore può essere confrontato con un puntatore a void

NULL è definito come: (void *)0

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Puntatori a void Per dereferenziare il valore di un puntatore a void è necessario assegnarlo ad un puntatore al tipo appropriato (non void) per poter conoscere la dimensione dell’oggetto puntato

Può essere necessario il cast (tipo *) per copiare un puntatore void in un puntatore non-void (i compilatori C non lo richiedono, i compilatori C++ sì).In riferimento all’esempio precedente:int *q;q = h; OK, compilatore Cq = (int *)h; OK, compilatore C++*q = 23; x ora contiene 23

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Puntatori e vettori Il nome (senza parentesi) di un vettore-di-T

è un valore costante di tipo puntatore-a-T, corrisponde all’indirizzo di memoria del primo elemento di vettoreint vett[100];int *p;p = vett; l’indirizzo di memoria di vett viene messo in p, equivale a scrivere: p = &vett[0] (le parentesi hanno priorità maggiore di &)

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Puntatori e vettori Attenzione:vett = p; NO!Non si può assegnare un valore a vett in quanto NON è una variabile puntatore, ma un “sinonimo” di un indirizzo di memoriaGli indirizzi di memoria sono valori costantistabiliti dal compilatore, non sono variabili e quindi non hanno uno spazio in memoria modificabile per contenere un valoreIl termine “puntatore” viene comunemente (e impropriamente) usato al posto di “indirizzo di memoria” (es. “&a dà il puntatore ad a”)

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Equivalenza puntatori e vettori Una variabile di tipo puntatore-a-T, assegnata

in modo che punti a (cioè contenga l’indirizzo di) un oggetto di tipo vettore-di-T , può essere utilizzata come se fosse un vettore-di-Tint vett[25];int *p = vett;

Ad esempio, qui p[3] equivale a vett[3] Il compilatore internamente trasforma le

espressioni con notazione vettoriale [] in espressioni con i puntatori

vett:p

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Aritmetica dei puntatori Quando un puntatore punta ad un vettore,

gli può essere sommato un valore intero N, il risultato è l’indirizzo di memoria dell’elemento di posizione N del vettore

p punta a (contiene l'indirizzo di) vettp+3 punta a (produce l'indir. di) vett[3]*(p+3) equivale a vett[3]

2732 15 23 55 32 11vett:

p+3p

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Aritmetica dei puntatori L’istruzione p++ porta p a puntare a vett[1]

(ne contiene l’indirizzo) quindi ora p punta a vett[1] e p[3] corrisponde a vett[4]

E’ lecito sottrarre un valore N ad un puntatore se l’elemento puntato risultante fa ancora parte del vettore (nell’esempio precedente p-1punta a vett[0])

2732 15 23 55 32 11

vett:

p+3p

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Equivalenza puntatori e vettori Il nome di un vettore può essere utilizzato

come puntatore costante :*(vett+2) equivale a: vett[2] vett++ è un errore (vett è costante!)

Il nome di un vettore di T (es. int) che dovrebbe essere una costante di tipo puntatore-a-vettore-di-T (o meglio indirizzo-di-vettore-di-T ), in C “decade” al tipo puntatore-a-T

Grazie al decadimento vett è visto come puntatore (costante) a int e punta al suo primo elemento e vett+1 punta a vett[1]

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Equivalenza puntatori e vettori Senza il decadimento, vett+1 punterebbe al

primo byte dopo la fine di vett Eccezioni:

vett in un sizeof (descritto altrove) non decade e per questo dà la dimensione dell’intero vettore, non quella del primo elemento

&vett inibisce il decadimento e produce una quantità costante di tipo puntatore-a-vettore-di-int

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Equivalenza puntatori e vettori Una variabile di tipo puntatore-a-T non “sa”

se il valore (scalare) a cui punta è singolo o è l’elemento di un vettore, lo sa solo il programmatore e sta a questi utilizzarlo in modo coerenteint x = 10, vett[10], *p, *q;p = &x;p++; NO! Non esiste l’oggetto puntato da p+1q = p+1; NO! Idemp = vett;p++; SI’! Ora p punta a vett[1]q = p+1; SI’! Ora q punta a vett[2]

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Aritmetica dei puntatori Attenzione che il puntatore non “sfori” i limiti

del vettore (lo standard non richiede che il compilatore faccia controlli, molti compilatori lo offrono opzionalmente, ma ciò riduce le prestazioni)

E’ lecito che un puntatore punti a quello che sarebbe l’elemento del vettore successivo all’ultimo, ma questo puntatore può essere utilizzato solo per calcolare la differenza tra puntatori (vedere prossima slide)

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Aritmetica dei puntatori Due puntatori a elementi dello stesso vettore

possono essere sottratti, il valore ottenuto + 1 è il numero di elementi del vettore compresi tra quelli puntati dai due puntatori (inclusi):p = &vett[4];q = &vett[10];d = q-p+1; 7: numero degli elementi

dalla posizione 4 allaposizione 10 inclusi

Due puntatori possono essere confrontatisolo se fanno parte dello stesso vettore oppure uno dei due è NULL (o 0)

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Priorità dell’operatore * Dalla tabella delle priorità si vede che

l’operatore di deriferimento * ha priorità quasi massima, inferiore solo alle parentesi (e a ‘->’ e a ‘.’) e associatività da destra a sinistra

Quindi, considerando che gli operatori * e ++hanno stessa priorità e associatività da D a S:*p++ equivale a *(p++) incrementa p*++p equivale a *(++p) incrementa p++*p equivale a ++(*p) incrementa *pinoltre:(*p)++ incrementa *p*p+1 equivale a (*p)+1 e non a *(p+1)

21Copia di stringhe1a versione La stringa y viene copiata in xchar x[30], y[30], *t=x, *s=y; int i=0;gets(y);while (s[i] != '\0'){

t[i] = s[i];i++;

}t[i] = '\0';printf("%s\n", x);

Il '\0' viene copiato fuori dal ciclo Qui s e t vengono inutilmente usati come

semplici sinonimi di x e y, non come puntatori

22Copia di stringhe 2a versione La stringa y viene copiata in xchar x[30], y[30], *t=x, *s=y; int i=0;gets(y); while ((t[i] = s[i]) != '\0')

i++;printf("%s\n", x);

Il '\0' viene copiato nel ciclo stesso Qui s e t vengono inutilmente usati come

semplici sinonimi di x e y, non come puntatori Nota: non si può scrivere t[i] = s[i++]

nella condizione del while (side effect)

23Copia di stringhe3a versione La stringa y viene copiata in xchar x[30], y[30], *t=x, *s=y; gets(y); while ( (*t = *s) != '\0'){

t++;s++;

}printf("%s\n", x);

Il '\0' viene copiato nel ciclo stesso Nota: != '\0' può essere omesso

24Copia di stringhe4a versione La stringa y viene copiata in xchar x[30], y[30], *t=x, *s=y; gets(y); while (*t++ = *s++)

;printf("%s\n", x);

Il '\0' viene copiato nel ciclo stesso Nota: l‘istruzione nulla è più chiara se scritta

in una riga a sé stante

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Puntatori e stringhe Si noti la differenza tra le seguenti definizioni:

char str[100];RISERVA spazio per contenere i caratteri, è una variabile e il suo contenuto può essere modificato

char *s;NON RISERVA spazio per contenere i caratteri, quindi per essere utilizzata come stringa le si deve assegnare una stringa “vera”: Assegnazione di una stringa variabile:

s = str;scanf("%s", s); SI’

Assegnazione di una stringa costante:s = "salve";scanf("%s", s); NO

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Puntatori e stringhe Si considerino i seguenti esempi:

char str[] = "ciao";E’ l’inizializzazione di una variabile stringa:il compilatore riserva memoria per str e vi copia i caratteri di "ciao"; la stringa costante "ciao"non esiste in memoria: è stata usata dal compilatore per inizializzare la stringa str, ma esiste in memoria la stringa variabile "ciao"str[0]='m'; SI’

char *s = "hello";E’ l’inizializzazione di una variabile puntatore: il compilatore determina l’indirizzo della stringa costante "hello" (che esiste in memoria) e lo assegna alla variabile puntatore ss[0]='b'; NO! "hello" è costante!

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Puntatori e stringhe Si considerino i seguenti esempi (cont.):

s = "salve";E’ l’assegnazione ad una variabile puntatore: il compilatore determina l’indirizzo della stringa costante "salve" (che esiste in memoria) e lo assegna alla variabile puntatore ss[4]='o'; NO! "salve" è costante!

s = str;E’ l’assegnazione ad una variabile puntatore: il compilatore determina l’indirizzo della stringa variabile str (che esiste in memoria) e lo assegna alla variabile puntatore ss[0]='m'; SI’

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Puntatori e stringhe Noti i puntatori, si possono completare le

informazioni già date sulle funzioni relative alle stringhe aggiungendo quanto segue: le funzioni di copia di stringhe strcpy, strncpy, strcat e strncat restituiscono il puntatore alla stringa di destinazione

le funzioni di parsing strchr, strrchr, strstr, strpbrk e strtok restituiscono il puntatore all’oggetto cercato o NULL se non lo trovano

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Funzioni sui blocchi di byte Blocchi di byte: sequenze di byte (caratteri)

qualsiasi, il carattere di codice ASCII 0 ('\0') è un carattere normale e non viene utilizzato come terminatore (non c’è alcun terminatore)

Una porzione di memoria (allocata in qualsiasi modo) viene trattata come generico blocco di byte da alcune funzioni contenute in <string.h>

Per riservare una porzione di memoria si può definire una variabile o una stringa o utilizzare la funzione malloc (trattata in altre slide)

Nelle seguenti funzioni, s (source) e t (target ) sono puntatori a blocchi di byte

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Funzioni sui blocchi di byte memcpy(t,s,n)

copia n byte da s a t memmove(t,s,n)

copia n byte da s a t(i blocchi possono anche essere sovrapposti)

memcmp(s,t,n)confronta byte per byte secondo il codice ASCII i primi n byte di s e di t, il valore restituito è un int come quello della strcmp

memchr(s,c,n)cerca il byte c tra i primi n byte di s, dà NULLse non lo trova o il puntatore ad esso se trova

memset(s,c,n)copia il byte c in tutti i primi n byte di s

31Puntatori constPuntatore variabile a valore costante int const *p;const int *p;p è una variabile di tipo puntatore-a-costante(a un oggetto costante di tipo int)const int x, y;const int *p; puntatore-a-costantep = &x; SI’, p è una variabilep = &y; SI’, p è una variabile*p = 13; NO, *p è costante

sono equivalenti}

32Puntatori constPuntatore variabile a valore costante L’assegnazione di un valore di tipo puntatore-

a-costante (l’indirizzo di un valore costante) ad una variabile di tipo puntatore-a-variabilegenera un Warning del compilatore perché permette di by-passare la restrizione (const)const int x = 12;int y = 10;int *p; puntatore-a-variabileconst int *q; puntatore-a-costantep = &x; Warning*p = 5; non dà erroreq = &x; OK*p = 5; dà errore

33Puntatori constPuntatore costante a valore variabile int * const p;p è una costante di tipo puntatore-a-variabile(a un oggetto variabile di tipo int)

Le costanti possono essere solo inizializzateint x, y;int * const p = &x; inizializzazione*p = 13; SI’, *p è una variabilep = &y; NO, p è una costante

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Esercizi1. Si scriva un programma che chieda una

stringa all’utente e conti quanti siano i caratteri che la costituiscono, NON si usi la funzione strlen della libreria standard.

2. Scrivere un programma che verifichi se la stringa data in input è palindroma o no

3. Scrivere un programma che chieda n valori interi (massimo 100), li collochi in un vettore e inverta il vettore (scambiando il primo elemento con l'ultimo, il secondo con il penultimo, etc.). Si usi la notazione vettoriale.

4. Come il precedente, ma si usino i puntatori.

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Esercizi5. Scrivere un programma che data una stringa

in input dica se la stessa contiene almeno una ‘A’ tra i primi 10 caratteri.

6. Si scriva un programma che chieda all’utente 2 stringhe e concateni la seconda alla fine della prima, NON si usi la funzione strcatdella libreria standard, si usino i puntatori e non la notazione vettoriale. Attenzione a terminarla con il carattere ‘\0’.

7. Si scriva un programma che chieda all’utente 2 stringhe e indichi se la seconda è uguale alla parte terminale della prima.

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Esercizi8. Scrivere un programma che chieda N valori

(massimo 100), li collochi in un vettore e li ordini in senso crescente (senza usare vettori ausiliari).

9. Scrivere un programma che verifichi se la stringa data è composta di due parti uguali, trascurando il carattere centrale se la lunghezza è dispari (es. “CiaoCiao”, “CiaoXCiao”).

10. Scrivere un programma che date 2 stringhe in input indichi quante volte la più corta è contenuta nella più lunga.

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Esercizi11. Scrivere un programma che legga da un file

un testo e spezzi su più righe quelle più lunghe di N caratteri (N chiesto all’utente). Le righe si possono spezzare solo dove c’è uno spazio (che non va riportato nella riga successiva). L’output deve essere salvato in un altro file.

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Vettori di puntatori Gli elementi di questi vettori sono puntatoriint *vett[10];definisce un vettore di 10 puntatori a int (le [ ] hanno priorità maggiore dell’operatore *)

Esempio di inizializzazioneint a, b, c;int *vett[10]={NULL};vett[0]=&a;vett[1]=&b;vett[2]=&c;I valori da vett[3] a vett[9] sono tutti NULL in quanto è stato inizializzato il primo elemento (i successivi sono automaticamente a 0 e 0 viene convertito in NULL)

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Vettori di puntatori Esempio di inizializzazione errataint a, b, c;int *vett[10]={&a, &b, &c};E’ errato perché questi inizializzatori sono indirizzi di variabili automatiche (descritto in altre slide). Se le variabili fossero invece di classe static sarebbe stato corretto, per queste variabili i valori di vett si devono assegnare come visto nell’esempio precedente

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Puntatori a puntatori Variabili che contengono l'indirizzo di memoria

di un puntatore Esempioint a, *b, **c; a = 12;b = &a;c = &b;Il puntatore c punta ad una variabile (b) che punta ad un int (a)

12

c:5D6A5B

B4Ab:A5B

a:B4A

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Puntatori a puntatori Esempioint a=10, b=20, c=30;int *v[3], int **w;v[0]=&a; v[1]=&b; v[2]=&c;w = v;w++;v è un vettore di puntatori, cioè è l'indirizzo di memoria (“puntatore”) di un puntatore, quindi v+1 è l'indirizzo del secondo puntatore del vettore v (ossia è pari a &v[1], punta a b)Anche w è un puntatore ad un puntatore, quando viene incrementato, punta al puntatore successivo, come v

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Puntatori e matrici Una matrice è un vettore di vettori e quindi,

considerando che l’associatività di [] è da sinistra a destra, si ha che:int Mx[7][5];definisce un vettore di 7 elementiciascuno delle quali è un vettore di 5 int

Gli elementi del vettore Mx sono i 7 vettori identificati da Mx[i]; quindi Mx[i] è l’indirizzo di memoria di ciascuno dei 7 vettori di 5 int

Poiché in seguito al decadimento il nome di un vettore-di-T ha tipo puntatore-a-T, anche gli Mx[i] non sono di tipo vettore-di-int ma decadono al tipo puntatore-a-int, (essendo indirizzi, non si può assegnare loro un valore)

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Puntatori e matrici Il “decadimento” del tipo del nome di un

vettore a puntatore può avvenire 1 sola volta Allora il tipo di una matrice decade a

puntatore-a-vettore-di-T e non a puntatore-a-T (quindi incrementando questo puntatore si punta al vettore di 5 int successivo)

Mx non è di tipo puntatore-a-int come:int *p

Mx non è di tipo puntatore-a-puntatore-a-int:int **p

Mx è di tipo puntatore-a-vettore-di-5-intcome: int (*p)[5]quindi Mx+1 punta al secondo vettore di 5 int

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Puntatori e matrici Nella definizione di puntatore seguenteint (*p)[5]è necessario che la dimensione delle colonne (5) sia specificata perché definisce un puntatore-a-vettore-di-cinque-interi

Poiché Mx è un puntatore-a-vettore-di-5-interi(e non un puntatore ad un intero), allora: Mx+1 punta all’elemento successivo, ossia al successivo vettore di 5 interi (la seconda riga della matrice): Mx+1 aggiunge all’indirizzo di Mx il numero corretto di byte per puntare al secondo vettore di 5 int

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Puntatori e matrici Ricapitolando:

Mx[1][2] è un valore scalare è di tipo int è modificabile Mx[1][2]+1 somma 1 al contenuto di Mx[1][2]

Mx[1] è l’indirizzo di un vettore di 5 int è di tipo puntatore-a-int (“decade”) non è modificabile Mx[1]+1 punta a Mx[1][1]

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Puntatori e matrici Ricapitolando (continuazione):

Mx è l’indirizzo di un vettore di 7 vettori di 5 int è di tipo puntatore-a-vettore-di-int (“decade

una volta sola”), più precisamente è un puntatore-a-vettore-di-5-int (senza il 5 nel tipo il compilatore non saprebbe di quanti byte spostarsi per puntare al vettore-di-5-intsuccessivo quando si scrive Mx+1)

non è modificabile Mx+1 è l’indirizzo di memoria di Mx[1]

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Puntatori e matrici Si notino le differenze tra:int *p; puntatore-a-int int (*q)[5]; puntatore-a-vett-di-5-int

Poiché Mx è un puntatore-a-vettore-di-5-int: p = Mx;

è errata q = Mx;

è corretta e q+1 è l’indirizzo del secondo vettore di 5 elementi (equivale a Mx[1])

p = &Mx[0][0];è corretta e p è l’indirizzo del primo elemento dei Mx[0]

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Vettori di stringhe Essendo una stringa un vettore di caratteri,

un vettore di stringhe è in realtà un vettore di vettori di caratteri, cioè una matrice di charchar str[4][20]={"uno", "due"};definisce un vettore di 4 stringhe di 20 charLe 4 stringhe sono identificate da str[i]

u n o \0d u e

str[0]str[1]str[2]str[3]

str:\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0

\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0

\0\0\0\0\0\0

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Vettori di puntatori e matrici Si notino le differenze tra:char a[4][8]={"un","otto","sei"};char *b[4]={"un","otto","sei"};

a[i]è l’indirizzo costante della riga i di a, tale riga è una stringa variabile di 8 char

b[i] è una variabile puntatore con l’indirizzo della riga i, stringa costante di 4 caratteri: ad esempio b[2] contiene l’indirizzo di "sei\0"

un\0otto\0sei\0

NULL

a: b:un\000000otto\0000sei\00000\00000000

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Vettori di puntatori e matrici a[2] = "hello";

ERRORE: a[2]non è un puntatorestrcpy(a[2], "hello");CORRETTO

b[2] = "hello";CORRETTO: b[2] è una variabile puntatore a cui viene assegnato l’indirizzo di memoria di una stringa costantestrcpy(b[2], "hello");ERRORE: b[2] punta a una stringa costante

Entrambi a[1][0] e b[1][0] sono il carattere 'c' a[1][0]='m'; SI’! L’oggetto puntato da a[1] è una

stringa variabile b[1][0]='m'; NO! L’oggetto puntato da b[1] è una

stringa costante

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Const per puntatori a puntatori1. int** x;

x è una variabile di tipo puntatore a un puntatore variabile a un oggetto variabile di tipo int

2. const int** x;x è una variabile di tipo puntatore a un puntatore variabile a un oggetto costante di tipo int

3. int ** const x;x è una costante di tipo puntatore a un puntatore variabile a un oggetto variabile di tipo int

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Const per puntatori a puntatori4. int * const * x

x è una variabile di tipo puntatorea un puntatore costantea un oggetto variabile di tipo int

5. const int * const * xx è una variabile di tipo puntatorea un puntatore costantea un oggetto costante di tipo int

6. const int * const * const x x è una costante di tipo puntatore a un puntatore costantea un oggetto costante di tipo int

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Homework 7Scrivere un programma che legga da un file al massimo un certo numero MAXRIGHE di righe di testo e le memorizzi in una matrice di caratteri (MAXRIGHE x 100), una riga del file per ciascuna riga della matrice.Si definisca un vettore di puntatori a carattere e lo si inizializzi in modo che il primo puntatore punti alla prima riga, il secondo alla seconda, ecc. Si ordinino le stringhe scambiando tra di loro solo i puntatori e le si visualizzino ordinate.Facoltativo: misurare il rapporto tra il tempo necessario per ordinare scambiando le stringhe e scambiando i puntatori.

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Homework 7 (esempio)

ché la diritta via era smarrita.

Nel mezzo del cammin di nostra vita

esta selva selvaggia e aspra e forte

mi ritrovai per una selva oscura

Ahi quanto a dir qual era è cosa dura

ché la diritta via era smarrita.

Nel mezzo del cammin di nostra vita

esta selva selvaggia e aspra e forte

mi ritrovai per una selva oscura

Ahi quanto a dir qual era è cosa dura

prima

dopo