14. Указатели

** Тип указател (pointer)

* Константа или променлива от тип указател съхранява адрес от оперативната памет на компютъра. 

* Дефиниране на променлива тип указател (език C)

Синтаксис: <име на тип> * <име на променлива>

Примери: Дефиниции на указателите pk, boss и pn.
int* pk;          // без инициализация
Employee * boss;   // без инициализация

int *pn = NULL;  // с инициализация

Пример 1:
- дефиниране на променлива тип указател (pn) и инициализация на указателя: 
int *pn = new int; 

Пример 2:
- дефиниране на масив (с име указател arr) в динамичната памет с помощта на операция new:
int *arr = new int[100];

Пример 3:
-дефиниране на променлива тип указател (boss), инициализация на указателя (операция new) и задаване на начална стойност (конструктор) на обекта на този адрес:
Employee *boss = new Employ("John", 3200);

-конструиране на обект от тип int, инициализация на указателя (операция new) и задаване на начална стойност  на променливата на този адрес:
int *pn = new int(10);

Примери:
Employee *boss = new Employee("John", 3200); // началник е John, * означава дефиниране на указател
Employee harry("Harry", 1500);
*boss = harry;                            // началник вече е Harry, * означава операция *, lvalue;
// операция присвояване (Employee)

int *pn = new int(10);
cout << *pn;     // 10; операция *, стойността на оперцията е използвана като rvalue
*pn = 12;              // операция *, стойността на оперцията е lvalue; операция присвояване (int)
cout << *pn;    // 12; операция *, стойността на оперцията е използвана като rvalue

* Обекти и променливи без имена
Операция new създава обект без име, като достъпът до този обект става с указатели.

Примери: Указатели boss и h осигуряват дастъп до обекта Employee("John", 3200).
Employee *boss = new Employee("John", 3200); // *boss е John
Еmployee *h;
h = boss;     // операция присвояване (Employee*); *boss и *h е все John
boss = NULL;  // операция присвояване (Employee*); само *h е John, *boss е грешка!

Примери: 
delete boss; // boss е указател със стойност адрес в динамичната памет
delete pn;   // pn е указател със стойност адрес в динамичната памет
delete [] arr; // освобождава паметта, запазена с new (целия масив)

-- Опит за работа със стойност на указател след освобождаване на заетата памет

Пример: След операция delete, pk става невалиден указател.
int *pk = new int(10); 
cout << *pk; // 10; операция * 
delete pk;   // операция delete   
*pk = 100;   // операция *, операция присвояване (int); невалиден указател
// на адрес pk няма променлива тип int        
Опасна грешка!

delete pk;   // операция delete
pk = NULL; 
*pk = 100;   // ОС идентифицира грешката

-- Неопределена (незаредена) променлива

Пример: Операция * връща невалидна променлива.
int *pk;
*pk = 100; // невалиден указател
// указателят pk съдържа неопределена стойност (незаредена променлива)
Опасна грешка

int* pk = NULL; 
*pk = 100;   // ОС идентифицира грешката

Пример: Адрес на променлива в динамичната памет.
int *p = new int(20);
int *p1 = &(*p); // инициализира p1 с адреса на променливата *p
int *p2 = p;     // инициализира p2 с адреса, записан в p

Пример: Локални обект harry и указател h, инициализиран с адреса на harry.
Employee harry("Harry", 4300); // обект в системния стек 
Employee *h = &harry;          // h съдържа адрес на обект в системниея стек

Пример: Разменяне на стойностите на две променливи

// формалните параметри са параметри-псевдоними
void swap1(int &a, int &b) // разменя стойностите на променливите a и b
{
    int w = a;
    a = b;
    b = w;
}
// формалните параметри са параметри-променливи от тип указатели
void swap2(int *pa, int *pb) // разменя стойностите на променливите с адреси указателите a и b
{
    int w = *pa;
    *pa = *pb;
    *pb = w;
}
int main()
{
    int x = 10, y = 12;
    swap1(x, y);    // фактическите параметри са промелниви от тип int
    cout << x << " " << y << endl;
    swap2(&x, &y); // фактическите параметри са адреси на променливи от тип int
    cout << x << " " << y << endl;
    return 0;
}

* Пример (optional attribute): Класът Department представя департамент с име (тип string) и администратор (тип Employee), като в някой департамент може да няма администратор.

1. Решение без указатели с допълнителна данна exists, която показва има ли администратор:

class Department {
 . . .
private:
   string name;
   bool exists;     // true ако има администратор 
   Employee recept; // обектът съществува само ако има администратор
};

class Department {
 . . .
private:
   string name;
   Employee* receptionist;
};

Пример (sharing):  Някои департаменти могат да имат администратор и/или секретар, като някъде един и същи служител може да заема и двете длъжности.

class Department {
 . . .
private:
   string name;
   Employee* receptionist; // NULL ако няма; адреса на администратора, ако има
   Employee* secretary;    // NULL ако няма; адреса на секретаря, ако има
};

// department.cpp
 #include <string>
 #include <iostream>
 using namespace std;

 #include "ccc_empl.h"
 /**
    A department in an organization.
 */
 class Department {
 public:
    Department(string n);
    void set_receptionist(Employee* e);
    void set_secretary(Employee* e);
    void print() const;
 private:
    string name;
    Employee* receptionist;
    Employee* secretary;
 };
 /**
    Constructs a department with a given name.
    @param n the department name
 */
 Department::Department(string n)
 {  name = n;
    receptionist = NULL;
    secretary = NULL;
 }
 /**
    Sets the receptionist for this department.
    @param e the receptionist
 */
 void Department::set_receptionist(Employee* e)
 { receptionist = e; }
 /**
    Sets the secretary for this department.
    @param e the secretary
 */
 void Department::set_secretary(Employee* e)
 { secretary = e; }
 /**
    Prints a description of this department.
 */
 void Department::print() const
 {  cout << "Name: " << name << "\n"
         << "Receptionist: ";
    if (receptionist == NULL) cout << "None";
    else
       cout << receptionist->get_name() << " "
            << receptionist->get_salary();
    cout << "\nSecretary: ";
    if (secretary == NULL) cout << "None";
    else if (secretary == receptionist) cout << "Same";
    else cout << secretary->get_name() << " "
              << secretary->get_salary();      
    cout << "\n";
 }
 
 int main()
 {  Department shipping("Shipping");
    Employee* harry = new Employee("Hacker, Harry", 45000);
    shipping.set_secretary(harry);


    Department qc("Quality Control");    
    Employee* tina = new Employee("Tester, Tina", 50000);
    qc.set_receptionist(tina);
    qc.set_secretary(tina);
    tina->set_salary(55000);

   Department cs("Computer Support"); 
   Employee* mary = new Employee("Brown, Mary", 33000);
   cs.set_receptionist(mary);
   Employee* boby = new Employee("Hill, Boby", 44000);
   cs.set_secretary(boby);

   shipping.print();
   qc.print();
   cs.print();

   return 0;
 }

* Името на масив е константен указател.  Променлива указател може да служи за име на масив.

Пример:
int a[3] = {10, 20, 30}; 
int *pa = a;
// отпечатва 3 пъти стойността на a[0]
cout << a[0] <<" "<< pa[0] <<" "<< *pa;  // 10 10 10

* Адресна аритметика

Синтаксис: <указател> + <число>
Стойността на операцията е адрес, отместен с <число> променливи от същия тип   

Примери:
// отпечатва 4 пъти стойността на a[1]
cout << a[1] <<" "<< pa[1] <<" "
     << *(pa+1) <<" "<<(pa+1)[0]; // 20 20 20 20

char s[] = "Harry"; // същото като
char *s = "Harry";

char* p = "Harry";
string name(p);    // or string name = p;

string num = "123";
const char* cnum = num.c_str();
int n = atoi(cnum);