Взаимоотношение имени переменной и её адреса в ОП

Взаимоотношение имени переменной
и её адреса в ОП
Текст программы
int i = 10;
short int k = -5;
Оперативная память, каждая ячейка – 1 байт
// 1010 = 10102
// |510| = 1012
i
k
Когда компилятор обрабатывает оператор определения переменной, например, int i=10; он выделяет память в соответствии с типом (int) и инициализирует её указанным значением (10).

Указатели
Когда компилятор обрабатывает оператор определения переменной, например int i = 10; он выделяет память в соответствии с типом (int) и инициализирует её указанным значением (10). Все обращения к переменной по её имени (i) заменяются компилятором на адрес области памяти, в которой хранится значение переменной.
Программист может определить собственные переменные для хранения адресов областей памяти. Такие переменные называются указателями.
Указатели, следовательно, предназначены для хранения адресов областей памяти.
В С++ различают три вида указателей – указатели на объект, на функцию и на void, отличающиеся свойствами и набором допустимых значений.

Описание указателя
Указатель – это объект, содержащий адрес начала области памяти, где хранится значение переменной.
Так, если р содержит адрес х, то говорят, что р указывает на х.
Переменная-указатель объявляется следующим образом:
тип ?имя_переменной;
Здесь тип определяет, тип данных на которые будет указывать этот указатель.
Пример:
int ? ip; // ip указатель на int
float ? fp; // fp указатель на float

Размер указателя зависит от модели памяти,
можно определять указатель на указатель и т.д.
Указатель может быть константой или переменной,
а также указывать на константу или переменную.
Например:

С указателями можно выполнять следующие операции:
- разыменование (*) – получение значения величины, адрес которой хранится в указателе;
- взятие адреса (&);
- присваивание;
- арифметические операции
- сложение указателя только с константой,
- вычитание: допускается разность указателей и разность указателя и константы,
- инкремент (++) увеличивает значение указателя на величину sizeof(тип);
- декремент (--) уменьшает значение указателя на величину sizeof(тип);
-сравнение;
-приведение типов.

Краткие итоги:
 Для экономии памяти и времени, затрачиваемого на обращение к данным, в программах используют указатели на объекты.
 Указатель не является самостоятельным типом, он всегда связан с другим типом.
 Указатель может быть константой или переменной, а также указывать на константу или переменную.
 Указатель типа void указывает на область памяти любого размера. Разыменование такого указателя необходимо проводить с операцией приведения типов.
 До первого использования в программе объявленный указатель необходимо проинициализировать.
 Над указателями определены операции: разыменование, взятие адреса, декремент, инкремент, увеличение (уменьшение) на целую константу, разность, определение размера.
 Над указателями определены операции сравнения.

Ссылки
Ссылки представляют собой синоним имени, указанного при инициализации ссылки. Ссылку можно рассматривать как указатель, который всегда разыменовывается. Формат объявления ссылки:
Тип & Имя;
где Тип это тип величины, на которую указывает ссылка, & — оператор ссылки, означающий, что следующее за ним Имя является именем переменной ссылочного типа, например:

Правила работы со ссылками
Переменная-ссылка должна явно инициализироваться при ее описании, кроме некоторых случаев, когда она является, например, параметром функции.
После инициализации ссылке не может быть присвоена другая переменная.
Тип ссылки должен совпадать с типом величины, на которую она ссылается.
Не разрешается определять указатели на ссылки, создавать массивы ссылок и ссылки на ссылки.
Ссылки применяются чаще всего в качестве параметров функций и типов возвращаемых функциями значений.

Пример на применение операции разыменования
Это означает, что по адресу переменной в памяти мы переходим к действиям над значением, хранимом по данному адресу. Это операция и называется разыменованием.
int main()
{
int i_val = 7;
int* i_ptr = &i_val; //Используя унарную операцию
//взятия адреса &, мы извлекаем адрес переменной
//i_val и присваиваем ее указателю.
// выведем на экран значение переменной i_val
cout << i_val << endl; //используем саму переменную
cout << *i_ptr << endl; //обращаемся к значению переменной
// i_val через указатель: здесь используется
//операция разыменования:
//она позволяет перейти от адреса к значению.
system("pause");
return 0;
}

Операторы указателей
В предыдущем примере для работы с указателями предусмотрены два специальных оператора: & и ?
Оператор & является унарным: он возвращает адрес ячейки памяти, в которой находится значение переменной.
Пример: Если ptr является указателем (например, int ?ptr), то оператор ptr = &total; помещает в ptr адрес ячейки памяти, где находится переменная total.
Операция & возвращает адрес переменной, перед которой она указана.
Оператор ?, является обратным по отношению к &.
Этот унарный оператор возвращает значение переменной, расположенной по адресу, который указан в качестве операнда этого оператора.
Пример.
ptr = &total; // указатель ptr получает значение адреса переменной total
value = ?ptr; // value получает значение, расположенное по адресу ptr
// т.е. значение total
Операцию ? можно назвать "по адресу"

ПРИМЕР: программа выполняет последовательность
описанных выше операций.
#include
using namespace std;
int main( )
{
int total;
int *ptr; // указатель на int
int val;
total = 3200; // присвоим total значение 3200
ptr = &total; // получим адрес total
val = *ptr; // получим значение по этому адресу
cout << "val = " << val << '\n';
return 0;
}

Возврат нескольких значений из функции
Для того чтобы и в вызывающей программе и в функции работать с одной и той же переменной необходимо осуществлять передачу в функцию адреса памяти, где размещена данная переменная.
Такая передача называется передачей по ссылке (вместо передачи по значению). Это достигается с помощью параметра-ссылки.
Для этого в определении функции и в прототипе перед именем соответствующей переменной необходимо поставить знак операции &, возвращающей адрес переменной, перед которой она указана.
При использовании параметра-ссылки в функцию передается адрес (а не значение) аргумента.
Внутри функции при операциях над параметром-ссылкой автоматически выполняется снятие ссылки, поэтому нет необходимости указывать при аргументе оператор &.
В следующей программе в функции вычисляются объем и площадь коробки и передаются в основную функцию.

#include
using namespace std;
void box(int length, int width, int height, int &vol, int &ar);
int main( )
{ int volume;
int area;
box(7, 20, 4, volume, area); cout << volume << " " << area << endl;
box(50, 3, 2, volume, area); cout << volume << " " << area << endl;
box(8, 6, 9, volume, area); cout << volume << " " << area << endl;
return 0;
}
void box(int length, int width, int height, int &vol, int &ar)
{
vol = length * width * height;
ar = length * width;
return;
}

Резюме:
При передаче фактических аргументов по значению в вызываемой функции создаются копии передаваемых значений. Поэтому любые операции с соответствующими формальными параметрами в теле функции не изменят фактические значения в вызывающей функции.
При передаче по ссылке, вызываемая функция принимает адрес той переменной, которая описана в вызывающей программе, поэтому все операции в теле функции приводят к изменению значения переменной, переданной в качестве фактического значения.

Пример передачи параметров по значению
#include
#include
using namespace std;
int sqr (int x);
int main(void)
{
int t=10;
cout<<"t^2="<
cout<<" t=" <
system("pause");
return 0;
}
int sqr (int x) {
x = x*x; return x;
}

Пример передачи параметров по ссылке
#include
#include
using namespace std;
int sqr (int & x);
int main(void)
{
int t=10;
cout<<"t^2="<
cout<<" t=" <
system("pause");
return 0;
}
int sqr (int & x) {
x = x*x; return x;
}

Примеры применения функций
Даны два вектора с координатами {1,-2,0}, {2, 7,-4}. Найти модуль каждого вектора, сумму векторов и их скалярное произведение.
int main()
{
int a,b,c, x,y,z, u,v,w;//переменные для координат3-х векторов
float mod_1, mod_2, scal_pr;// модули векторов и их скалярное произведение
cout<<" Input 3 coordinates of the vector:";cin >>a>>b>>c;
cout<< "Vector: "<<'\t'<
cout<<" Input 3 coordinates of the vector:";cin >>x>>y>>z;
cout<< "Vector: "<<'\t'<

mod_1= sqrt(float(a*a+b*b+c*c));// модуль первого вектора
mod_2= sqrt(float(x*x+y*y+z*z));// модуль второго вектора
cout<<"\nmod_1 = "<< mod_1<
cout<<"\nmod_2 = "<< mod_2<
u=a+x; v=b+y;w= c+z;// определение суммы векторов
cout<<”\n new”;
cout<< "Vector: "<<'\t'<
scal_pr=(a*x+b*y+c*z)/mod_1/mod_2;
cout<< "\nscal_pr: "<
system("pause");
return 0;
}
scal_pr=(a*x+b*y+c*z)/mod_1/mod_2;
cout<< "\nscal_pr: "<
system("pause");
return 0;
}

Решение задачи в рамках структурного подхода
#include
#include
using namespace std;
void inp_vect(int & a, int & b, int & c)// функция для ввода вектора с консоли
{cout<<"\n Input 3 coordinates of the vector:";cin >>a>>b>>c;}
void print(int a, int b, int c)// функция для вывода вектора на консоль
{cout<< "\nVector: "<<'\t'<
float modul(int a, int b, int c)// функция вычисления модуля вектора
{return sqrt(float(a*a+b*b+c*c));}

int main()
{
int a,b,c, x,y,z, u,v,w; //переменные для координат3-х векторов
float mod_1, mod_2, scal_pr; // модули векторов и их скалярное произведение
inp_vect(a,b,c); print(a,b,c); // ввод и вывод векторов
inp_vect(x,y,z); print(x,y,z);
mod_1= modul(a,b,c); // модуль первого вектора
mod_2= modul(x,y,z); // модуль первого вектора
cout<<"\nmod_1 = "<< mod_1<
cout<<"\nmod_2 = "<< mod_2<
u=a+x; v=b+y;w= c+z; // определение суммы векторов
cout<<"\n new "; print(u,v,w);

scal_pr=(a*x+b*y+c*z)/(modul(a,b,c)*modul(x,y,z)); // обращение к функции внутри вычисляющего оператора
cout<< "\nscal_pr: "<
system("pause");
return 0;
}