Указатели в Паскале

Статически выделяемая память

Для того, чтобы лучше понять специфику динамически выделяемой памяти, рассмотрим сначала ее "антипод" - память, распределяемую статически. Такое выделение памяти используется всякий раз при объявлении "обычных" переменных в разделе var. Каждая переменная обладает двумя атрибутами: именем и описанием.

var a: integer;

Описание переменной нужно для того, чтобы компилятор знал, сколько ячеек памяти необходимо выделить для ее хранения. Память под статическую переменную выделяется один раз (до начала работы программы), и затем до конца работы выделенная область памяти считается "занятой" - никакая другая информация не может быть записана в эту ячейку.

Имя переменной позволяет обращаться в процессе работы программы к той ячейке памяти, которая была выделена под эту переменную на этапе компиляции.

Адреса

Имя переменной является ее своеобразным (буквенным) адресом. Однако у любой переменной есть также и обычный (цифровой или физический) адрес: номер ячейки, выделенной под эту переменную. При страничной организации памяти адреса являются составными и состоят из номера сегмента памяти и смещения ячейки относительно начала этого сегмента.

Лучшая иллюстрация страничной организации памяти компьютера - это страничная организация любой печатной книги. Для того чтобы найти нужную строчку, нет необходимости задавать ее номер, считая от начала текста. Вместо этого можно задать сначала номер страницы (= сегмент) и только затем номер строки, считая от начала этой страницы (= смещение).

Для обращения к статически заданной переменной можно использовать как ее имя, объявленное в разделе var, так и ее физический адрес. Например, "адрес" одной и той же географической точки можно записать по-разному: "49°47' северной широты и 86°36' восточной долготы" или просто "вершина пика Белуха Восточная".

Указатели

Для того чтобы хранить (цифровые) адреса, нужны особые переменные. Их называют указателями и относят к специальному типу данных.

Описание указателей

При описании типизированного указателя необходимо сообщить компилятору, адреса переменных какого типа он может хранить:

var <имя_указателя>: ^<тип_адресуемой_переменной>;

Например:

var p: ^integer;

q: ^real;

s: ^array[1..10] of byte;

Кроме того, существуют универсальные нетипизированные указатели, которые могут хранить адрес переменной любого типа:

var <имя_указателя>: pointer;

Операции с указателями

Определение адреса

Физический адрес любой переменной можно узнать при помощи стандартной функции addr(<имя_переменной>):<указатель> или унарной операции @<имя_переменной>. В зависимости от значения директивы компилятора {$T}, результатом операции @ будет либо типизированный указатель (если установлено {$T+}), тип которого будет определен в соответствии с типом использованной переменной, либо нетипизированный указатель pointer (если установлено {$T-}).

Результат функции addr() совместим с указателями любых типов:

p:= addr(x); {x: real; p: ^byte)

Разыменование

Для того чтобы воспользоваться значением, хранящимся по некоторому адресу, необходимо его оттуда "извлечь". Унарная операция ^ называется разыменованием и записывается по следующему шаблону: <имя_указателя>^

Результатом операции ^ является значение, хранящееся по указанному адресу. Тип этого значения будет определяться типом (типизированного) указателя. К нетипизированным указателям операцию разыменования применять нельзя.

Из-за вольностей, допускаемых процедурой addr(), при разыменовании порой могут возникнуть забавные ситуации. Например, в результате выполнения такой вот программы:

const a: array[1..3] of char ='ААА'; {код(А)=128 или 01000000}

var p: ^word;

begin p:= addr(a);

writeln(p^)

end

на экран будет выведено 32896, что в двоичной системе счисления выглядит как 01000000.01000000 (точкой помечена граница двух байтов). Иными словами, коды двух первых букв оказались слитыми в значение типа word.

Замечание: Операции @ и ^ являются взаимно обратными, то есть для любой переменной a и для любого типизированного указателя p верны следующие равенства:

@(p^)= p и (@a)^ = a

Присваивания

Для указателей действуют гораздо более жесткие правила совместимости типов, чем для обычных переменных. В операции присваивания могут фигурировать только указатели, адресующие переменные одинаковых типов данных. Нельзя, скажем, записать

p:= q; {p: ^integer; q: ^byte}

Обойти эти ограничения позволяет универсальность нетипизированного указателя pointer, совместимого с указателями любых типов:

{p: ^integer; q: ^byte; t: pointer}

t:= q;

p:= t;

У указателей также существует свой "ноль", который означает, что указатель не указывает никуда:

p:= nil;

Замечание: Если указатель не хранит конкретного адреса (его значение не определено), то это вовсе не означает, что он никуда не указывает. Скорее всего, он все-таки указывает, но только в какую-нибудь неожиданную (хорошо, если не системную) область памяти.

Сравнения

Для указателей определены две операции сравнения: = и <>.

Две переменные, описанные как указатели на один и тот же тип данных, считаются совпадающими, если они указывают на одну и ту же область памяти.

Для разнотипных указателей сравнения невозможны: попытка записать

if p = q then writeln('yes'); {p: ^byte; q: ^integer}

вызовет ошибку уже на этапе компиляции.

Однако сравнивать типизированный и нетипизированный указатели можно.