Lenguaje C para Administradores de Red - Script II Punteros

Lenguaje CPara Administradores de

Red

Fernando I. Díaz Sánchez

Script II - Punteros

Lenguaje C

¿Por qué punteros ahora?

De todos los libros de C que existen, creo que ninguno de ellos se atreve a enseñar el tema de punteros al segundo capítulo. Sin embargo no conocer sobre punteros lo antes posible creo que fue para muchos la razón por la que abandonaron el lenguaje C y le temieron desde el principio.

Después de todo, hablar de Lenguaje C es casi como hablar de punteros. Esta en todas partes del lenguaje y esta en todas sus librerías estándar. Casi todo tiene que ver con ellos de una u otra forma. Y por desgracia, se requiere buena disciplina para usarlos.

Todo programador ( y administrador de red) novato se ha roto la cabeza intentando explicarse porque un simple printf termina en una violación de segmento o porque no compila su programa y se soluciona colocando caracteres extraños como & y *

Estoy convencido que mientras más rápido usemos los punteros, más rápido aprenderemos el lenguaje C y menos errores sin sentido nos agobiaran al programar. Conocer lo que hace a este lenguaje tan poderoso sin duda nos dará la mejor de las ventajas

>>Fids

Lenguaje C

MAXIMA: «Sin punteros no hay paraíso…»

Lenguaje C

Punteros en CSCRIPT II

Lenguaje C

Script II – Punteros en C

>> Repasando las Variables>> Usando Variables>> Los operadores & y *&>> Qué es un puntero>> Puntero Endemoniado>> Tipos de datos básicos para punteros>> Asignación de punteros>> Funciones en C>> Paso de punteros a funciones>> Punteros y Arrays>> Punteros y Cadenas>> Arrays de Punteros>> Punteros a Punteros>> Punteros NULL y VOID>> Punteros constantes>> Punteros a funciones>> Callbacks>> Bonus Track - Recomendaciones

Lenguaje C

REPASANDO LAS VARIABLES

Como ya sabemos, las variables en el lenguaje C tienen 5 elementos que debemos tener presente:

Nombre de la VariableTipo de DatoTamañoValorDirección de Memoria

Para comprender el uso de punteros es indispensable conocer el uso de las variables. Un error muy común es desconocer la relación entre estos elementos y como se almacenan

10edad

int

0xf0113b1

32 bits

Lenguaje C

REPASANDO LAS VARIABLES

Para empezar a utilizar punteros en C, debemos prestar especial atención a las direcciones de memoria.

¿Oiga, no me estará engañando verdad?

Aunque parezca mentira, y a pesar de que casi no las miramos, las direcciones de memoria son la clave para entender las bases del uso de punteros. Saber usar una dirección de memoria y el valor de una dirección de memoria es el quebradero de cabeza mas común en miles de programadores en todo el mundo.

Y la culpa no la tienen ellos…

10edad

int

0xf0113b1

32 bits

Lenguaje C

USANDO VARIABLES

edad

int

¿Cómo acceder a los elementos de una variable?

Tanto el tipo de dato int como el nombre de la variable edad no pueden ser accedidos de ninguna manera. Esto se debe a que el Lenguaje C no soporta características reflexivas que permitan conocer detalles de las variables en tiempo de ejecución.

Esto nos da a entender que somos responsables de conocer bien todas las variables que utilizamos y de conocer sus tipos de datos.

El resto de los elementos (tamaño, valor y dirección de memoria) si pueden ser conocidos y accedidos en tiempo de ejecución. Saber como hacerlo es el primer paso para entender a los punteros

Lenguaje C

USANDO VARIABLES

edad

int

32 bits

¿Cómo saber el tamaño de una variable?

La función sizeof() nos permite calcular el tamaño en bytes de una determinada variable. El resultado debe ser multiplicado por 8 si queremos conocer el valor en bits

Lenguaje C

USANDO VARIABLES

10edad

int

32 bits

¿Cómo ver o alterar el valor de una variable?

Es broma !Simplemente hacemos referencia a ella por su nombre en cualquier asignación o función

Lenguaje C

USANDO VARIABLES

10edad

int

0x7fff2960d0ac

32 bits

¿Cómo saber la dirección de memoria de una variable?

Para saber la dirección de memoria de cualquier variable debemos usar el signo ampersand (&)

ATENCION !Las direcciones de memoria cambian con cada ejecución

Lenguaje C

Los operadores & y *&

10 edad

int

0x7fff2960d0ac&

*&

¿Qué significan estos símbolos?

& = Referencia o Dirección de Memoria*& = Dereferencia, Indirección, Valor de dirección de memoria, Valor Apuntado

Lenguaje C


10 edad

int

0x7f5f0ac

USO DE LOS OPERADORES

Estos operadores se usan con cualquier objeto en memoria (variables, estructuras, arrays, funciones, etc), sin embargo no pueden ser aplicadas a expresiones, constantes o variables del tipo register

El operador & nos devolverá la dirección de memoria. Así de simple

&edad 0x7f5f0ac

*&edad 100x7f5f0ac 10*

Lenguaje C


10 edad

int

0x7f5f0ac

&edad 0x7f5f0ac

*&edad 10

USO DE LOS OPERADORES

El operador * tiene varios usos. Uno de ellos es la Indirección el cual permite acceder al valor guardado en una dirección de memoria.

Para efectuar una indirección es indispensable que el operador * se aplique a una dirección de memoria (por ejemplo *0x7f5f0ac)

0x7f5f0ac 10*

Lenguaje C

Los operadores & y *&DEMOSTRADO

La dirección de memoria se puede obtener al usar el operador & en cualquier variable

El operador de indirección (*) es aplicado a direcciones de memoria y permite acceder al valor almacenado en ella

Las direcciones de memoria pueden utilizarse en su forma hexadecimal

Nota: Debido a que las direcciones memoria son asignadas en tiempo de ejecución, no es sencillo saber que dirección ocupara una determinada variable. Es por eso que se ha utilizado el depurador gdb para hacer esta demostración

Lenguaje C


10 edad

int

0x7f5f0ac

*&edad

0x7f5f0ac*10

VALGAN VERDADES

A nadie en su sano juicio se le ocurrirá utilizar una dirección de memoria dentro del código fuente. Ni que decir de la sentencia *&edad. ¿Para que alguien tendría que utilizar esta extraña sintaxis cuando simplemente puede usar la variable con su simple nombre?.

edad = 10; // Este modo es el mas cuerdo*&edad = 10; // A quien se le ocurriría usar esto por Dios !*0x7f5f0ac = 10; // Definitivamente ya no tiene amigos

¿CUAL USARIAS ?

Lenguaje C

QUE ES UN PUNTERO¿Recuerdan que nadie en su sano juicio usaría la sentencia así: *0x7f5f0ac?

Un puntero da solución a ese problema !. Conocer las direcciones de memoria brinda lo que hace al lenguaje C tan potente y requerido: Su velocidad.

Un puntero es una variable especial capaz de guardar una dirección de memoria de tal forma que no tenemos que recurrir a escribirlas dentro del código. Al poder guardar cualquier dirección de memoria, un puntero puede tomar posesión de cualquier variable de su tipo y literalmente jugar con ella

10 edad

int

0x7f5f0ac

0x7f5f0ac ptr

int*

0x503fb43

Lenguaje C

QUE ES UN PUNTEROExaminando un Puntero

Un puntero es una variable, y como tal, tiene todos los elementos de cualquier variable (tipo de dato, nombre, tamaño y dirección de memoria) . La única diferencia visible es que al declararla, su tipo de dato debe ir acompañado del símbolo *

Debido a que debe contener direcciones de memoria, su tamaño debe ser lo suficientemente grande para poder guardar cualquier dirección de memoria del sistema operativo. Por esta razón es muy común que su tamaño sea de 64 bits (8 bytes) que son suficientes para hacer referencia a muchos terabytes de memoria

0x7f5f0acptr

int*

0x503fb43

64 bits

Lenguaje C

QUE ES UN PUNTERODeclaración de un puntero

En mi humilde opinión, la confusión de muchos programadores se debe a que el símbolo * se usa para diferentes cosas, entre ellas para declarar un puntero.

int *ptr = &edad;*ptr = 19;

El código anterior demuestra la facilidad con la que puede confundir a mas de un programador puesto que se puede llegar erróneamente a deducir que el puntero ptr puede guardar valores como el 19 y direcciones de memoria como &edad. Lo cual es peligroso asumir

0x7f5f0acptr

int*

0x503fb43

64 bits

Lenguaje C

QUE ES UN PUNTERODeclaración de un puntero

A pesar que la gran mayoría utiliza la declaración del modo int *ptr como la normal, usar la siguiente declaración ayuda a evitar confundirla con la indirección:

int* ptr = &edad;*ptr = 19;

El código anterior separa claramente lo que es la variable puntero ptr y lo que es la operación de indirección al puntero ptr. Al parecer el estándar C99 se percato de esto y recomendó crear tipos de datos como intptr_t y uintptr_t que no hacen mas que retirar el signo * de la declaración de un puntero

0x7f5f0acptr

int*

0x503fb43

64 bits

Lenguaje C

QUE ES UN PUNTERODEMOSTRADO

Un puntero guarda direcciones de memoria. Así mismo un puntero al ser una variable, tiene su propia dirección de memoria

Con la indirección no solo accedemos al valor de la variable apuntada, sino que también podemos modificar su valor.

Un puntero obtiene su valor a partir de la referencia de una variable que se consigue con el operador &

El tamaño de un puntero puede ser obtenido mediante la función sizeof()

Lenguaje C

PUNTERO ENDEMONIADO¿Por qué los punteros tienen fama de ser complicados?

La desventaja de los punteros es que debemos ser muy disciplinados en su uso y no es tarea fácil. Entre los errores mas comunes tenemos

• Punteros no inicializados• Asignación de punteros errónea• Punteros con tipos distintos• Indirección errónea• Uso incorrecto de punteros nulos

Como podrás apreciar, son muchas cosas las que pueden ir mal, es por eso que los punteros requieren especial atención y cuidado

0x7f5f0acptr

int*

0x503fb43

64 bits

Lenguaje C

PUNTERO ENDEMONIADOPunteros no inicializados

Todo puntero ANTES de ser utilizado debe ser inicializado apropiadamente. Es decir, su valor debe ser NULO o debe contener la dirección de memoria de una variable de su tipo de dato.

int edad = 10;int* p;*p = 19;

Si un puntero no esta inicializado y hace uso de la operación indirección se produce una Violación de Segmento y el programa terminará de forma abrupta

Lenguaje C

PUNTERO ENDEMONIADOViolación de Segmento

Lamentablemente cuando se declara un puntero, toma como valor inicial una dirección aleatoria usualmente fuera del segmento de memoria del programa.

La Violación de Segmento se produce porque un programa intenta modificar o acceder a un segmento de memoria que no le corresponde. El Sistema Operativo al detectar esta intrusión se protege y detiene el programa ‘agresor’ indicando que ha violado un segmento que no le corresponde.

Lenguaje C

PUNTERO ENDEMONIADOInicialización de puntero errónea

Otro error común es olvidar colocar el signo ampersand (&) al inicializar un puntero.

Con ello se consigue que el puntero guarde el valor de la variable y no su dirección de memoria, la cual al ser accedida provoca una violación de segmento

En el ejemplo que vemos, erróneamente le estamos indicando que la dirección de memoria guardada por ptr será la posición 0x10 (lo que guarda la variable edad). Luego intentaremos cambiar el valor de la posición 0x10 a 19 lo cual produce un crash en nuestro programa

Lenguaje C

PUNTERO ENDEMONIADOPunteros con tipos de datos distintos

Los punteros deben ser declarados según el tipo de dato al que apuntarán.

Si un puntero apunta a una variable cuyo tipo de dato es distinto puede convertirse en un problema si el tamaño del tipo de dato al que se apunta es menor.

En el ejemplo podemos ver un puntero de tipo int haciendo referencia a la dirección de una variable de tipo char. Esto conlleva a que se produzca un desborde y el programa se detenga por producir una violación de segmento ya que ptr usara 4 bytes y no 1

Lenguaje C

PUNTERO ENDEMONIADOIndirección errónea

Al ser la operación mas común de un puntero, la indirección será errónea siempre y cuando la declaración o incialización este mal hecha

La indirección en si misma no es un error. El error viene al usarla en un contexto erróneo.

En el ejemplo podemos ver que la indirección no produce una violación de segmento, pero ha sido un error alterar el valor mediante la indirección debido a que estamos desbordando una variable de tipo char

Lenguaje C

PUNTERO ENDEMONIADOUso incorrecto de punteros nulos

El lenguaje C permite nulificar un puntero para evitar acceder de forma accidental a otra dirección de memoria fuera de nuestro segmento permitido.

Sin embargo, veamos que pasa cuando no utilizamos adecuadamente los punteros nulos

En el ejemplo podemos ver que a pesar de poner un puntero a NULL podemos causar problemas si realizamos una indirección. Esto naturalmente tiene sentido debido a que la dirección 0x0 (NULL) no puede ser alterada.

Lenguaje C

TIPOS DE DATOS BASICOS PARA PUNTEROS

¿Y a que tipos de datos puedo apuntar?

En realidad, podemos apuntar a cualquier tipo de dato que usemos en el Lenguaje C

Los tipos de datos comunes suelen ser los tipos de datos básicos a los cuales un puntero podrá hacer referencia.

Incluso podemos usar el puntero void* que nos permite apuntar a cualquier tipo de dato. El resto de punteros solo puede apuntar a su tipo de datos ( por ejemplo el puntero float* solo podrá apuntar a variables float, etc)

char*

int*

float*double*

void*

Lenguaje C

ASIGNACION DE PUNTEROSLa clave en el uso de todo puntero es su correcta asignación (inicialización).

La asignación de punteros es una operación que permite indicar que dirección de memoria tomará un puntero determinado.

Hay 2 tipos de asignación de punteros

• Asignación de variable a puntero• Asignación de puntero a puntero

La primera es la habitual, que permite apuntar a una variable determinada.

0x7f5f0acptr

int*

0x503fb43

64 bits

Lenguaje C

ASIGNACION DE PUNTEROSAsignación de variable a puntero

Para asignar una variable a un puntero podemos usar la declaración del puntero

int edad = 10;int* ptr = &edad;

Sin embargo, también podemos usar esta forma

int edad = 10;int* ptr;ptr = &edad;

La 2da forma no se recomienda por ser peligrosa

0x7f5f0acptr

int*

0x503fb43

64 bits

Lenguaje C

ASIGNACION DE PUNTEROSAsignación de puntero a puntero

Una característica muy útil es que los punteros pueden compartir sus datos entre si. Es decir, mas de un puntero puede apuntar a la misma variable

int edad = 10;int* ptr1 = &edad;int* ptr2 = ptr1; // No requiere &*ptr2 = 19;

La ventaja es que lo que cambia un puntero se ve reflejado en el otro. Solo debemos tener en cuenta que al asignar un puntero a otro, NO ES NECESARIO usar el signo &

Lenguaje C

FUNCIONES EN C¿Funciones?????

Sí. Los punteros que usaras estarán en su gran mayoría relacionados con el uso de funciones. Repasaremos brevemente para que sirven las funciones

Las funciones en C nos permiten dividir porciones de código que resuelven un problema determinado. La ventaja es que una vez que hemos creado una función, podemos reutilizarla las veces que necesitemos sin duplicar código. Incluso podemos tener cientos de funciones agrupadas en librerías y poder utilizarlas en otros programas.

Las funciones tienen las siguientes partes

• Prototipo• Declaración• Nombre• Parámetros

• Código Fuente• Ambito• Tipo de Dato• Valor de Retorno (opcional)

Lenguaje C

FUNCIONES EN CPARTES DE UNA FUNCION

El prototipo es una copia de la declaración de la función que debe ir antes de la función main.

El código es como cualquier otro código C dentro del ámbito de su función.

Podemos realizar la llamada indicando el nombre de la función y el envío de sus argumentos

Lenguaje C

FUNCIONES EN C

int get_uid(int userid){ userid = userid + 500; return userid;}

Código fuente de la función

ParámetrosNombre

Valor de Retorno

Tipo de dato del valor de Retorno

Declaración / Prototipo

Por Valor

Por Referencia

Delimitadoresde Ambito de

la Función

Lenguaje C

PASO DE PUNTEROS A FUNCIONES¿Y los punteros?

Paciencia !

Las funciones en C por diseño tienen un detalle que se pasa inadvertido cuando se programa. Ese detalle es su manejo de los parámetros.

Ya sean enviados por valor o por referencia, todas las variables que se ‘reciben’ en una función, en realidad son creadas in-situ es decir, son copias de dichas variables con sus propias direcciones de memoria.

Es decir, en el lenguaje C, técnicamente no existe el envío de variables a una función

int get_uid(int userid){ userid = userid + 500; return userid;}

Lenguaje C

PASO DE PUNTEROS A FUNCIONES¿Y cual es el problema con que técnicamente no se puedan enviar variables a funciones?

Muy simple, al no poder enviarlas, no se pueden manipular sus valores dentro de las funciones

Pero existe un mecanismo que si nos permitirá hacerlo. Ese mecanismo es el uso de punteros !

En teoría, si envío un puntero a una función, la función creara una copia del puntero y luego dentro de su código al manipular la copia del puntero, en realidad estará modificando nuestra variable que originalmente enviamos

void get_uid(int* userid){ *userid += 500;}

Lenguaje C

PASO DE PUNTEROS A FUNCIONES

DEMOSTRADO !

Los parámetros de una función son variables nuevas con su propia dirección de memoria.

Mediante el paso de punteros a funciones, se puede alterar las variables ‘enviadas’ sin necesidad de que la función tenga un valor de retorno. Este tipo de función se denomina Procedure (Procedimiento)

Lenguaje C

PASO DE PUNTEROS A FUNCIONES¿Cómo pasamos punteros a una función?

Existen 2 formas

Una es mediante punteros, y otra es mediante la referencia (&) de cualquier variable. De una u otra manera, lo que nos interesa es enviar direcciones de memoria.

Siguiendo el ejemplo, podemos ver que la llamada a la función get_uid se le pasa el puntero ptr. Nótese que el puntero ptr es un puntero de tipo int que hace referencia a la variable uid.

Asegúrese de enviar punteros que referencien a una variable, sino habrán problemas

int uid = 1;int* ptr = &uid;get_uid(ptr);

…


Lenguaje C

PASO DE PUNTEROS A FUNCIONES¿Cómo pasamos punteros a una función?

La otra forma es no usar punteros !

¿Qué cosa?

Así es, como lo leyó. Solo basta cualquier variable común y silvestre para enviarla como si fuera un puntero. Solo hace falta enviar su referencia como parte del argumento de la función

En el ejemplo, podemos apreciar que no necesitamos crear un puntero y apuntarlo a la variable uid. Únicamente enviamos la referencia de la variable

int uid = 1;get_uid(&uid);…


Lenguaje C

PUNTEROS Y ARRAYSExiste una estrecha relación entre los punteros y los arrays…(eso ya no suena a novedad). De hecho están tan relacionados que todas las operaciones que se realizan con arrays pueden ser realizadas por punteros. La diferencia claro esta es que con punteros las cosas van mas rápido

char a[4+1] = «HOLA\0»;char* ptr = &a[0];

a

a[0] a[1] a[2] a[3] a[4]

‘H’ ‘O’ ‘L’ ‘A’ ‘\0’

0x503f5 0x503f6 0x503f7 0x503f8 0x503f90x765d3

0x503f5

char*

ptr

Lenguaje C

PUNTEROS Y ARRAYSOperación con Punteros Equivalente en Array

char a[4+1] = «HOLA\0»;char* ptr = &a[0]; *ptr = ‘F’;

a

a[0] a[1] a[2] a[3] a[4]

‘F’ ‘O’ ‘L’ ‘A’ ‘\0’

0x503f5 0x503f6 0x503f7 0x503f8 0x503f90x765d3

0x503f5

char*

ptr

char a[4+1] = «HOLA\0»;a[0] = ‘F’;

Lenguaje C

PUNTEROS Y ARRAYSOperación con Punteros Equivalente en Array

char a[4+1] = «HOLA\0»;char* ptr = &a[0]; *ptr = ‘F’;ptr=ptr+2;*ptr = ‘C’;

a

a[0] a[1] a[2] a[3] a[4]

‘F’ ‘O’ ‘C’ ‘A’ ‘\0’

0x503f5 0x503f6 0x503f7 0x503f8 0x503f90x765d3

0x503f7

char*

ptr

char a[4+1] = «HOLA\0»;a[0] = ‘F’;a[2] = ‘C’;

Lenguaje C

PUNTEROS Y ARRAYSAritmética de Punteros

a

a[0] a[1] a[2] a[3] a[4]

‘H’ ‘O’ ‘L’ ‘A’ ‘\0’

0x503f5 0x503f6 0x503f7 0x503f8 0x503f90x765d3

0x503f5

char*

ptr

ptr+1 ptr+2 *(ptr+3) ptr+4

A un puntero se le puede sumar o restar un número entero, lo cual es usado para moverse por un array. Aplicando el operador ++ o -- a un puntero se consigue que avance a la siguiente dirección de memoria o a la anterior según sea el caso

Lenguaje C

PUNTEROS Y ARRAYSAritmética de Punteros

a

a[0] a[1] a[2] a[3] a[4]

‘H’ ‘O’ ‘L’ ‘A’ ‘\0’

0x503f5 0x503f6 0x503f7 0x503f8 0x503f90x765d3

0x503f5

char*

ptr


Operaciones Aritmeticas no permitidas:• Sumar, Multiplicar o Dividir 2 punteros

Lenguaje C

PUNTEROS Y ARRAYSDiferencias?

a

a[0] a[1] a[2] a[3] a[4]

‘H’ ‘O’ ‘L’ ‘A’ ‘\0’

0x503f5 0x503f6 0x503f7 0x503f8 0x503f90x765d3

0x503f5

char*

ptr

Por diseño, un array se comporta como un puntero, en el sentido en que un array es un ‘sinónimo’ para la dirección de memoria del elemento inicial.

Esto quiere decir, que según el ejemplo el array a tiene el mismo valor que ptr


*(a+3)*(a+0) *(a+1) *(a+2) *(a+4)

Lenguaje C

PUNTEROS Y ARRAYSDiferencias?

a

0x765d3

0x503f5

char*

ptr

Esto quiere decir que la sentencia ptr = a es equivalente a ptr = &a[0] ptr+1 ptr+2 *(ptr+3) ptr+4

Incluso podemos ver que la referencia de a[i] puede ser escrita como *(a+i) donde i es el índice del array. De hecho el lenguaje C hace esta conversión de forma interna para todo array

a[0] a[1] a[2] a[3] a[4]

‘H’ ‘O’ ‘L’ ‘A’ ‘\0’

0x503f5 0x503f6 0x503f7 0x503f8 0x503f9


*(a+3)*(a+0) *(a+1) *(a+2) *(a+4)

Lenguaje C

PUNTEROS Y ARRAYSDiferencias

a

0x765d3

0x503f5

char*

ptr

Solo hay una diferencia entre un puntero y un array

Siguiendo el ejemplo: El puntero ptr es una variable, pero el nombre del array a no lo es por lo tanto sentencias como a++ o a=ptr no son permitidas. Un nombre de array es un puntero constante dado que no puede agregar ni eliminar elementos a su lista

a[0] a[1] a[2] a[3] a[4]

‘H’ ‘O’ ‘L’ ‘A’ ‘\0’

0x503f5 0x503f6 0x503f7 0x503f8 0x503f9

Lenguaje C

PUNTEROS Y ARRAYS

Demostrado !

Lenguaje C

PUNTEROS Y ARRAYSEnvío de Arrays a Funciones

Es muy común enviar arrays completos a una función. Sin embargo resulta un poco confuso hacerlo debido a que existen 2 formas de hacerlo

La primera es declarando el array en el prototipo de la función de la siguiente manera:

<tipo> variable[ ]

Por ejemplo:

int suma(int lista[ ], int ne)

Lenguaje C

PUNTEROS Y ARRAYSEnvío de Arrays a Funciones

La segunda forma es declarando el array en el prototipo de la función mediante un puntero normal:

Por ejemplo:

int suma(int* lista, int ne)

En cualquiera de las 2 formas, debemos tener presente algo muy importante: El nro de elementos del array enviado se debe conocer. Es usual enviar el nro de elementos como parte de la función

Lenguaje C

PUNTEROS Y CADENAS¿Que es una cadena?

os

0x765d3

0x503f5

char*

ptr

Una cadena no es mas que un array de tipo char

El lenguaje C NO existe el tipo de dato string, pero mediante arrays se puede conseguir el tratamiento de cadenas de caracteres sin la cual cualquier lenguaje de programación no serviría de mucho.

os[0] os[1] os[2] os[3] os[4]

‘U’ ‘N’ ‘I’ ‘X’ ‘\0’

0x503f5 0x503f6 0x503f7 0x503f8 0x503f9

char os[4+1] = «UNIX\0»;

Lenguaje C

PUNTEROS Y CADENAS¿Que es una cadena?

os

0x765d3

0x503f5

char*

ptr

Las cadenas son un elemento tan importante que es quizá sin exagerar el aspecto más crítico en el Lenguaje C. La gran mayoría de problemas de seguridad se deben al inadecuado uso de las cadenas. Incluso el propio lenguaje nos ofrece funciones que son inseguras debido a que delegan toda la responsabilidad del correcto tratamiento de cadenas al programador. Hemos ingresado ya en terreno minado !

os[0] os[1] os[2] os[3] os[4]

‘U’ ‘N’ ‘I’ ‘X’ ‘\0’

0x503f5 0x503f6 0x503f7 0x503f8 0x503f9


Lenguaje C

PUNTEROS Y CADENASMarcando el final

os

0x765d3

0x503f5

char*

ptr

El gran problema con las cadenas es que debemos indicar donde terminan, es decir debemos indicarle explícitamente cual es el final de una cadena, asignarle una marca que permita al lenguaje C reconocer donde detenerse. Incluso si una cadena no utiliza todos sus elementos debemos indicarlo de lo contrario algo podría explotar

Esa marca es el carácter NULL o también denotado por el símbolo ‘\0’

os[0] os[1] os[2] os[3] os[4]

‘U’ ‘N’ ‘I’ ‘X’ ‘\0’

0x503f5 0x503f6 0x503f7 0x503f8 0x503f9


Lenguaje C

PUNTEROS Y CADENASEl origen de todos los males

En el ejemplo podemos apreciar un error muy común (y sobretodo peligroso) en el manejo de cadenas: El Desbodarmiento.

Aparentemente se ve inofensivo, pero en realidad copiar una cadena de mayor tamaño en una menor ocasiona que se sobrescriba memoria ajena que puede detener el programa e incluso poner en riesgo todo un sistema.

os[0] os[1] os[2] os[3] os[4]

‘W’ ‘I’ ‘N’ ‘D’ ‘O’

0x503f5 0x503f6 0x503f7 0x503f8 0x503f9

char os[4+1];strcpy(os, «WINDOWS7»);printf(«%s»,os);

memoria no reservada

‘W’ ‘S’ ‘ 7’

0x503fa 0x503fb 0x503fc

Lenguaje C

PUNTEROS Y CADENASOperaciones comunes / Copiado

‘U’ ‘N’ ‘I’ ‘X’‘¡’ ‘?’ ‘$’ ‘0’ ‘?’

‘U’ ‘N’ ‘I’ ‘X’ ‘\0’

auxos

char* strcpy(os, aux)

os

CODIGOchar os[4+1];char aux[4] = «UNIX»;strcpy(os,aux);

Nótese que en el ejemplo, la variable os al ser declarada su valor es aleatorio (debido a que no ha sido inicializada). Así también se puede apreciar que la función strcpy agrega al final de la cadena el delimitador nulo (‘\0’).

Lenguaje C

PUNTEROS Y CADENASOperaciones comunes / Copiado

‘W’ ‘I’ ‘N’ ‘D’‘U’ ‘N’ ‘I’ ‘X’ ‘\0’

‘W’ ‘I’ ‘N’ ‘X’ ‘\0’

auxos

char* strncpy(os, aux,3)

os

CODIGOchar os[4+1]=«UNIX\0»;char aux[7] = «WINDOWS»;strncpy(os,aux,3);

La función strncpy también copia cadenas, sin embargo podemos indicarle el número de caracteres a copiar. En el ejemplo vemos que solo se copiaran 3 caracteres de la cadena aux en la cadena os. Nótese que el carácter X aun permanece

‘O’ ‘W’ ‘\0’

Lenguaje C

PUNTEROS Y CADENASOperaciones comunes / Concatenar

‘X’ ‘P’ ‘\0’‘W’ ‘I’ ‘N’ ‘\0’ ‘8’

‘W’ ‘I’ ‘N’ ‘X’ ‘P’

auxos

char* strcat(os, aux)

os

CODIGOchar os[5+1]=«WIN\08Z»;char aux[2] = «XP»;strcat(os,aux);

La función strcat permite copiar una cadena al final de otra. Podemos ver como se copia la cadena XP al final de la variable os. Nótese como la función considera al carácter nulo (‘\0’) de os como final cuando realmente no lo es. Al final le agrega el signo ‘\0’

‘Z’

‘\0’

Lenguaje C

PUNTEROS Y CADENASOperaciones comunes / Concatenar

‘W’ ‘I’ ‘N’ ‘D’‘U’ ‘\0’ ‘I’ ‘X’ ‘\0’

‘U’ ‘W’ ‘I’ ‘N’ ‘\0’

auxos

char* strncat(os, aux,3)

os

CODIGOchar os[4+1]=«U\0IX\0»;char aux[7] = «WINDOW\0»;strncat(os,aux,3);

La función strncat también concatena cadenas, sin embargo podemos indicarle el número de caracteres a concatenar. En el ejemplo vemos que solo se concatenarán 3 caracteres de la cadena aux en la cadena os.

‘O’ ‘W’ ‘\0’

Lenguaje C

PUNTEROS Y CADENASOperaciones comunes / Comparar

‘U’ ‘N’ ‘I’ ‘X’‘U’ ‘N’ ‘I’ ‘X’ ‘\0’ auxos

int strcmp(os, aux) CODIGOchar os[5]=«UNIX\0»;char aux[5] = «UNIX\0»;int r = strcmp(os,aux);

La función strcmp es diferente puesto que devuelve un valor entero. Compara 2 cadenas y evalúa su similitud. Si las cadenas son iguales retorna el valor cero (0). Es importante recordar que la evaluación diferencia mayúsculas de minúsculas (p.e A es distinto de a)

‘\0’

0r

Lenguaje C


‘I’ ‘O’ ‘S’ ‘4’‘U’ ‘N’ ‘I’ ‘X’ ‘\0’ auxos

int strcmp(os, aux) CODIGOchar os[5]=«UNIX\0»;char aux[5] = «WIN7\0»;int r = strcmp(os,aux);

La función strcmp devuelve un número positivo (>0) si la primera cadena enviada es mayor que la segunda. ¿Cómo puede ser una cadena mayor que otra?. Se comparan sus valores. Por ejemplo la letra U=85 mientras que la I=73. Luego se devuelve la diferencia de ambas

‘\0’

12r

Lenguaje C


‘P’ ‘H’ ‘P’ ‘5’‘P’ ‘E’ ‘R’ ‘L’ ‘\0’ auxlang

int strcmp(lang, aux) CODIGOchar lang[5]=«PERL\0»;char aux[5] = «PHP5\0»;int r = strcmp(lang,aux);

La función strcmp devuelve un número negativo(<0) si la primera cadena es menor que la segunda. ¿Cómo puede ser una cadena menor que otra?. Se comparan sus valores uno por uno. Por ejemplo la letra E=69 mientras que la H=72. Luego se devuelve 69-72=-3

‘\0’

-3r

Lenguaje C


‘P’ ‘H’ ‘P’ ‘5’‘P’ ‘H’ ‘P’ ‘4’ ‘\0’ auxlang

int strncmp(lang, aux,3) CODIGOchar lang[5]=«PHP4\0»;char aux[5] = «PHP5\0»;int r = strncmp(lang,aux,3);

La función strncmp funciona con la misma lógica que strcmp. La única diferencia es que solo toma en cuenta la comparación de N caracteres indicados. En el ejemplo, el resultado es 0 debido a que solo se comparan los 3 primeros caracteres que resultan ser iguales

‘\0’

0r

Lenguaje C

PUNTEROS Y CADENASOperaciones comunes / Búsqueda

‘H’‘P’ ‘H’ ‘P’ ‘4’ ‘\0’ auxlang

char* strchr(lang, aux) CODIGOchar lang[5]=«PHP4\0»;char aux= «H»;char* ptr;ptr = strchr(lang,aux);

La función strchr permite buscar una cadena dentro de otra. Si la encuentra devuelve un puntero en la primera ocurrencia, caso contrario devolverá un puntero a NULL. En el ejemplo se busca el carácter H dentro de PHP4 retornando un puntero a la posición 1

ptr

Lenguaje C

PUNTEROS Y CADENASOperaciones comunes / Búsqueda

‘P’‘P’ ‘H’ ‘P’ ‘4’ ‘\0’ auxlang

char* strrchr(lang, aux) CODIGOchar lang[5]=«PHP4\0»;char aux= «P»;char* ptr;ptr = strrchr(lang,aux);

La función strrchr devuelve la ultima ocurrencia de una cadena. En el ejemplo podemos ver que la función retorna un puntero a la posición nro 2 en lugar de la posición 0. Es decir, devuelve la ultima ocurrencia de la letra P que ha sido buscada.

ptr

Lenguaje C

ARRAYS DE PUNTEROSComo funcionan

‘L’ ‘I’ ‘N’ ‘U’ ‘X’

Un array de punteros funciona de forma similar a un array de cualquier otro tipo de datos. Donde cada elemento puede apuntar a un valor del tipo de dato declarado previamente.

En el ejemplo podemos apreciar como se declara un array de 3 elementos que contienen punteros a char. Incluso podemos inicializar de forma inmediata sus valores.

‘\0’

‘W’ ‘I’ ‘N’ ‘D’ ‘O’ ‘W’ ‘S’ ‘\0’

‘U’ ‘N’ ‘I’ ‘X’ ‘\0’

osptr 0

1

2

char* osptr[3]={«LINUX\0», «WINDOWS\0», «UNIX\0»};

Lenguaje C

ARRAYS DE PUNTEROSPaso de array de punteros a funciones

Al igual que el paso de arrays a una función se puede realizar de 2 formas. El envío de un array de punteros también tiene 2 modalidades

La primera es mediante la siguiente sintaxis en el envío de parámetro de la función:

<tipo>* variable[ ]

Por ejemplo:

void join(char* lista[ ], int ne)

Lenguaje C

ARRAYS DE PUNTEROSPaso de array de punteros a funciones

La 2da forma resulta en un quebradero de cabeza para muchos programadores ya que se trata del uso de puntero a puntero

Esto se consigue con la siguiente sintaxis

<tipo>** variable

Por ejemplo:

void join(char** lista, int ne)

Lenguaje C

PUNTEROS A PUNTEROS

‘L’ ‘I’ ‘N’ ‘U’ ‘X’

Un puntero a puntero funciona de forma similar que cualquier puntero. Nada más que apunta a otras variables de tipo puntero. Se usa mucho para apuntar a un array de punteros a char. Debido a que su sintaxis es un poco intimidante los programadores suelen evitarla. Sin embargo solo se necesita seguir la misma lógica de un puntero normal pero de 2do nivel.

‘\0’

‘W’ ‘I’ ‘N’ ‘D’ ‘O’ ‘W’ ‘S’ ‘\0’

‘U’ ‘N’ ‘I’ ‘X’ ‘\0’

osptr

0

1

2

char* osptr[3]={«LINUX\0», «WINDOWS\0», «UNIX\0»};char** ptrptr = osptr;

ptrptr

Lenguaje C

PUNTEROS NULL y VOIDComo funcionan

‘L’ ‘I’ ‘N’ ‘U’ ‘X’

El puntero NULL no apunta a ningún dato válido en memoria, por lo que es muy utilizado para indicar cuando un puntero no contiene valor alguno.Por otro lado un puntero VOID puede apuntar a cualquier dato válido en memoria, sin importar su tipo de dato. La única condición que debemos tener presente es saber bien el tipo de dato que se ha asignado en todo momento.

‘\0’

19

multi

0

1

2

void* multi[3];char os[5+1]=«LINUX\0»;int num=19;multi[0] = os;multi[1] = &num;multi[2] = NULL; NULL

os

num

Lenguaje C

PUNTEROS NULL y VOIDComo funcionan

El puntero VOID apunta a cualquier valor, pero no puede ser dereferenciado, es decir no se le puede aplicar la indirección a la misma variable void.

Para poder usar una variable VOID, debemos primero convertir su valor a un puntero del tipo de dato deseado.

En el ejemplo podemos apreciar como la variable multi guarda 3 valores distintos, y aplicamos la indirección según sea su tipo de dato

Lenguaje C

PUNTEROS CONSTANTES¿Constante?

El lenguaje C nos permite trabajar con variables constantes. Es decir, variables cuyo valor una vez seteados no pueden ser alterados bajo ninguna condición

Para ilustrarlo mejor, vemos el ejemplo donde la variable uid es una constante de tipo int. Si intentamos cambiar su valor en el transcurso del programa obtendremos un error

Usualmente vemos errores en tiempo de compilación si hacemos el cambio en el mismo código fuente

Lenguaje C

PUNTEROS CONSTANTES¿Constante?

Hay situaciones en las que deseamos que un puntero sea constante, es decir que su valor (la dirección de memoria que guarda) no se pueda alterar. Para conseguir esto debemos usar la siguiente sintaxis:

const <tipo>* variable

Ejemplo:const int* ptr;

Nótese en el ejemplo que la variable apuntada (uid) puede ser alterada (ya que es una variable int y no const int)

Lenguaje C

PUNTEROS A FUNCIONESComo funcionan

En el ejemplo, podemos apreciar el puntero f que apunta a la función suma. Nótese que tiene el mismo número de parámetros y el tipo de datos de retorno.Así mismo, solo basta una asignación simple para apuntar a dicha función

f

int (*f)(short, short);

f = suma;…int suma(short a, short b){ return (int) a+b;}

SI ya se dieron cuenta, e lenguaje C permite apuntar a casi todo ser vivo. Las funciones por lo tanto también pueden ser apuntadas.

Solo debemos declarar el puntero de forma similar al prototipo de la función que queremos apuntar:

tipo (*variable)(argumentos,…)

Lenguaje C

PUNTEROS A FUNCIONESComo se usan

Bien, ya sabemos declarar y asignar un puntero a una función, ahora veremos como utilizarlos

Simplemente debemos llamarlos de la siguiente manera:

(*variable)(argumentos,…)

Ejemplo:

(*f)(1,2);

Es un poco raro pero funciona !

Lenguaje C

CALLBACKSQue son

Una callback es un mecanismo de programación por la cual se ejecuta una función X dentro de otra función Y con la particularidad de reemplazar la función X por cualquier otra en tiempo de ejecución

Esto se consigue enviando a una función Y un argumento de tipo puntero a función

Este mecanismo es muy utilizado en funciones avanzadas del sistema operativo para permitir una gran flexibilidad al momento de programar.

Lenguaje C

BONUS TRACK - RECOMENDACIONESTodo con disciplina

Aquí algunas recomendaciones que pueden servir para mejorar nuestro uso de punteros

• Utiliza nombres con prefijos (como ptr) para indicar que se trata de un puntero• Escoge un modo de declarar y asignar punteros y no lo cambies• Usa el signo & solo para asignaciones de punteros• Inicializa cada puntero una vez que lo has declarado• Asegúrate siempre de validar si un puntero es nulo• Inicializa toda cadena que usarás a nulo (vía memset por ejemplo)• Reserva siempre 1 carácter más para el signo ‘\0’ y hazlo visible (p.e. char aux[4+1])• Toda cadena constante, que uses, termínala con el signo ‘\0’• Usa las funciones seguras de cadenas (las que piden el nro de elementos)• No pierdas de vista el número de elementos de un puntero a un array• Valida siempre los límites de un array• Piensa 4 veces cada indirección que programes

Lenguaje C

Anexos¿Qué necesito para programar en C bajo Linux?

gcc, gdb, vim

¿Cómo compilar un programa C en Linux?

gcc mi-programa.c -g -o mi-programa.exe

¿Cómo depurar un programa C en Linux?

gdb mi-programa.exe

¿Qué necesito para programar en C bajo Windows?

Visual C++ ó Borland C ó C Builder, etc

Nota: La extensión .exe es solo para referencia sencilla de que se trata de un ejecutable, no es necesario por lo tanto agregarle dicha extensión en realidad

Nota: Si se desea programar con el estándar C11 se deberá obtener una copia del compilador gcc 4.8.1.

Lenguaje C

BibliografiaThe C Programming Language, 2nd Edition, B. Kernighan, Dennis Ritchie.

The Art and Science of C, Eric S. Roberts.

Programming in C, 3rd Edition, Stephen G. Kochan

Programación en C, Metodología, algoritmos y estructura de datos. Luis Joyanes Aguilar

C Programming A Modern Approach. Second Edition. K.K.King

Pointers and Memory. Standford CS Education Library. Nick Parlante

Technology

Lenguaje C para Administradores de Red - Script II Punteros