§4. Динамический массив указателей

4.1. Указатель на указатель

При работе с динамическим массивом указателей и, как частный случай, с динамическими матрицами, в объявлении будут использоваться два подряд идущих символа “*”, что означает указатель на указатель. Поэтому параграф начнём с рассмотрения этого понятия.

Как мы знаем, обычный указатель содержит адрес некоторого участка памяти, в котором находится некоторое значение. В случае указателя на указатель, первый из них содержит адрес ячейки, в которой находится не обрабатываемая информация, а в свою очередь адрес другого участка памяти, содержащего некоторое значение. В некоторых книгах это называют многочисленным перенаправлением или цепочкой указателей.

Переменная, являющаяся указателем на указатель, описывается с использованием двух символов “*” перед именем. Например, объявление

float **p2;

означает, что p2 — это не указатель на число с плавающей точкой, а в p2 будет храниться адрес ячейки, в которой будет находиться адрес другой ячейки с вещественным числом. Такую переменную можно кратко назвать как указатель на указаетль на вещественное число.

Для получения доступа к такой информации, то есть у нас к вещественному числу, необходимо дважды применить операцию “*”. Например, рассмотрим следующий фрагмент:

float x, *p1, **p2;

x=2.2; p1=&x; p2=&p1;

printf (“%5.1f %5.1f%5.1f”, x,*p1,**p2);

В результате будет трижды выведено число 2.2, доступ к которому осуществляется с помощью простой переменной x, операции разыменования для указателя на вещественное число p1 и дважды используемой операции разыменования для указателя на указатель p2.

Мы уже знаем, что cout<<p1; выведет адрес ячейки памяти, в которой находится вещественное число x=2.2. Аналогично в p2 хранится адрес ячейки p1, в которой адрес вещественного числа. А что получится в результате выполнения cout<<(*p2);? Будет выведено содержимое ячейки памяти, адрес которой в p2, то есть значение p1.

Многочисленное перенаправление теоретически может и дальше расширяться, то есть в объявлении разрешается записывать более двух звёздочек. Но это на практике встречается не так часто. Излишнее перенаправление может приводить к трудно исправляемым концептуальным ошибкам.

4.2. Динамические “матрицы”.

Динамическая “матрица” (или в отличие от частично динамической назовём её полностью динамичсеской) с одинаковым количеством элементов в строках создаётся следующим образом.

1) Динамическая “матрица” объявляется как указатель на указатель, или, лучше, как динамический массив указателей. Для объяснения этого проведём сначала аналогию с обычным одномерным массивом, например int a[10]. Для создания динамического одномерного массива его надо объявить, заменив размерность в квадратных скобках на символ “*”, который записывается после типа перед именем: int *d; и выполнить операцию d=new int [m], где m —константа или переменная.

Так как статический массив указателей объявляется, например, как int *ap[5], то динамический массив указателей объявляем, заменив формально [5] на звёздочку и записав её перед именем, то есть с помощью двух звёздочек, как было рассмотрено в предыдущем пункте:

int **D;

2) Мы знаем, что из объявления int *d не следует ещё, что в d будет адрес начала массива, может быть адрес простой целочисленной переменной. Точно также из объявления int **D; не видно, что в D будет адрес начала массива указателей. Это зависит от операции new. Если выполнить

D=new * int;

то выделяется память для размещения одного адреса на область памяти, в которой будет одно или несколько целых чисел. Нас такой вариант не устраивает, так как нам надо получить и сохранить в памяти адреса начала каждой строки матрицы. Чтобы зарезервировать память для массива указателей, в операции new после типа (* int) надо записать количество элементов данного типа, то есть количество указателей, которое также может быть как константой, так и переменной. Пусть int n; cin>>n; Тогда D=new * int[n]; выделяет память для размещения n указателей, и адрес начала этой области помещается в D . На рисунке этому этапу соответствует одна левая стрелка, над которой записано 2).

3) Теперь необходимо определить, что будет содержать каждый элемент этого массива указателей. Как и для частично динамической матрицы, определяем количество элементов в каждой строке. Пусть оно одинаковое для каждой строки: int m; cin>>m;

4) Резервируем память для каждой строки “матрицы”, то есть для числового одномерного массива, и определяем значение каждого элемента массива указателей D[i]:

for (int i=0; i<n; i++) D[i]= new int[m];

Этот этап на рисунке изображён в виде нескольких горизонтальных стрелок, над которыми записана цифра 3).

Таким образом, процесс создания динамической “матрицы” можно изобразить в виде следующего рисунка:

5) После этого доступ к элементам такой “матрицы” можно выполнять, как и для обычной статической матрицы с помощью двух индексов: D[i][j]. Но при работе с созданной динамической “матрицей” необходимо правильно пользоваться указателями для организации циклов вместо индексов. Объяснение аналогично как для частично динамической “матрицы”.

6) Удапение динамической “матрицы” выполняется в обратном порядке следующим образом

6.1) Сначала освобождаем память, выделенную для каждой строки. Так как количество таких участков памяти, в каждом из которых размещалось m чисел, соответствует количеству строк, то это выполняем в цикле n раз:

for ( int i=0; i<n; i++) delete[]D[i];

Пустые квадратные скобки здесь означают, что в каждом элементе массива указателей D[i] был адрес не одного числа, а адрес одномерного массива, то есть адрес i-строки матрицы. Поэтому надо освобождать память для массива, то есть i-й строки матрицы

6.2) Освобождаем память, выделенную для массива указателей.

delete[]D;

Так как такой массив указателей был один, то это выполняется без цикла один раз. Пустые квадратные скобки означают, что освобождается память, выделенная для массива указателей.

Пример работы с такой “матрицей” приведен в лабораторной работе 5 (пример 1).

Как и для частично динамической “матрицы”, в строках полностью динамической матрицы может быть различное количество элементов. Здесь показан один из вариантов создания такой “матрицы”.

Объявляем указатель для динамического одномерного массива, в котором будут хранниться количество элементов в каждой строке.