Указатели

В любом случае для объявления указательных переменных служат так называемые указательные, или ссылочные типы. Для определения указательного типа, значениями которого являются указатели на переменные встроенного или ранее определенного типа T0, в языке Паскаль используется конструкция type T = ­T0. В языке Си отсутствуют отдельные возможности определения указательного типа, и, чтобы объявить переменную var, которая будет содержать указатели на переменные типа T0, используется конструкция T0 *var. Но конечно, это чисто поверхностное отличие, а суть гораздо глубже.

В языках линии Паскаль переменной указательного типа можно присваивать только значения, вырабатываемые встроенной процедурой динамического выделения памяти new, значения переменных того же самого указательного типа и специальное "пустое" ссылочное значение nil, которое входит в любой указательный тип. Не допускаются преобразования типов указателей и какие-либо арифметические действия над их значениями. С переменной-указателем var можно выполнять только операцию var­, обеспечивающую доступ к значению переменной типа T0, на которую указывает значение переменной var.

Напротив, в языках Си и Си++ имеется полная свобода работы с указателями. С помощью операции "&" можно получить значение указателя для любой переменной, над указателями определены арифметические действия, возможно явное преобразование указательных типов и даже преобразование целых типов к указательным типам. В этих языках не фиксируется значение "пустых" (ни на что не ссылающихся) указательных переменных. Имеется лишь рекомендация использовать в качестве такого значения константу с символическим именем NULL, определяемую в библиотечном файле включения. По сути дела, понятие указателя в этих языках очень близко к понятию машинного адреса.

Отмеченные свойства механизма указателей существенно повлияли на особенности реализации в языках Си и Си++ работы с массивами. Имя массива в этих языках интерпретируется как имя константного указателя на первый элемент массива. Операция доступа к i-тому элементу массива arr хотя и обозначается как и в языках линии Паскаль arr[i], имеет низкоуровневую интерпретацию *(arr+i). Поэтому было логично допустить подобную запись для любой переменной var с указательным типом: var[i] интерпретируется как *(var+i). По этой причине понятие массива в Си/Си++ существенно отличается от соответствующего понятия в Паскале. Размер массива существенен только при его определении и используется для выделения соответствующего объема памяти. При работе программы используется только имя массива как константный указатель соответствующего типа. Нет операций над "массивными переменными" целиком; в частности, невозможно присваивание. Фактически отсутствует поддержка массивов как параметров вызова функций – передаются именно значения указателей (в связи с этим, при описании формального параметра-массива его размер не указывается). Функции не могут вырабатывать "массивные" значения.

Особенности работы с указателями в некоторой степени повлияли и на организацию структур. Хотя в описаниях языков Си и Си++ и рекомендациях по программированию присутствует настоятельный совет обращаться к полям структурных переменных только по их именам, известно, что каждое имя на самом деле интерпретируется как смещение от начала структуры. Поэтому, имея значение указателя на начало структурной переменной и манипулируя известными длинами полей структуры, технически можно добраться до любого поля, не используя его имя.


Подводя итоги этого краткого обсуждения механизма указателей в Си/Си++, заметим, что позволяя программировать с очень большой эффективностью, этот механизм делает языки очень опасными для использования и требует от программистов большой аккуратности и сдержанности. При разработке получающего все большее распространение языка Java (одним из основных предков которого был Си++) для повышения уровня безопасности были резко ограничены именно средства работы с указателями в языке Си++.