Массивы указателей, указатели на указатели
Как и любые другие переменные, указатели можно группировать в массивы. Для иллюстрации этого напишем программу, сортирующую в алфавитном порядке текстовые строки; это будет упрощенный вариант программы sort системы UNIX.
В главе 3 мы привели функцию сортировки по Шеллу, которая упорядочивает массив целых, а в главе 4 улучшили ее, повысив быстродействие. Те же алгоритмы используются и здесь, однако, теперь они будут обрабатывать текстовые строки, которые могут иметь разную длину и сравнение или перемещение которых невозможно выполнить за одну операцию. Нам необходимо выбрать некоторое представление данных, которое бы позволило удобно и эффективно работать с текстовыми строками произвольной длины.
Для этого воспользуемся массивом указателей на начала строк. Поскольку строки в памяти расположены вплотную друг к другу, к каждой отдельной строке доступ просто осуществлять через указатель на ее первый символ. Сами указатели можно организовать в виде массива. Одна из возможностей сравнить две строки - передать указатели на них функции strcmp. Чтобы поменять местами строки, достаточно будет поменять местами в массиве их указатели (а не сами строки).
Здесь снимаются сразу две проблемы: одна - связанная со сложностью управления памятью, а вторая - с большими накладными расходами при перестановках самих строк. Процесс сортировки распадается на три этапа:
чтение всех строк из ввода сортировка введенных строк печать их по порядку
Как обычно, выделим функции, соответствующие естественному делению задачи, и напишем главную программу main, управляющую этими функциями. Отложим на время реализацию этапа сортировки и сосредоточимся на структуре данных и вводе-выводе.
Программа ввода должна прочитать и запомнить символы всех строк, а также построить массив указателей на строки. Она, кроме того, должна подсчитать число введенных строк - эта информация понадобится для сортировки и печати. Так как функция ввода может работать только с конечным числом строк, то, если их введено слишком много, она будет выдавать некоторое значение, которое никогда не совпадет с количеством строк, например -1.
Программа вывода занимается только тем, что печатает строки, причем в том порядке, в котором расположены указатели на них в массиве.
#include <stdio.h> #include <string.h>
#define MAXLINES 5000 /* максимальное число строк */
char *lineptr[MAXLINES]; /* указатели на строки */
int readlines(char *lineptr[], int nlines); void writelines(char *lineptr[], int nlines); void qsort(char *lineptr[], int left, int right);
/* сортировка строк */ main() { int nlines; /* количество прочитанных строк */
if ((nlines = readlines(lineptr, MAXLINES)) >= 0) { qsort(lineptr, 0, nlines-1); writelines(lineptr, nlines); return 0; } else { printf("ошибка: слишком много строк\n"); return 1; } }
#define MAXLEN 1000 /* максимальная длина строки */ int getline(char *, int); char *alloc(int);
/* readlines: чтение строк */ int readlines(char *lineptr[], int maxlines) { int len, nlines; char *p, line[MAXLEN];
nlines = 0; while ((len = getline(line, MAXLEN)) > 0) if (nlines >= maxlines || (p = alloc(len)) == NULL) return -1; else { line[len-1] = '\0'; /* убираем символ \n */ strcpy(p, line); lineptr[nlines++] = p; } return nlines; }
/* writelines: печать строк */ void writelines(char *lineptr[], int nlines) { int i; for (i = 0; i < nlines; i++) printf("%s\n", lineptr[i]); }
Функция getline взята из параграфа 1.9. Основное новшество здесь - объявление lineptr:
char *lineptr[MAXLINES];
в котором сообщается, что lineptr есть массив из MAXLINES элементов, каждый из которых представляет собой указатель на char. Иначе говоря, lineptr[i] - указатель на символ, а *lineptr[i] - символ, на который он указывает (первый символ i-й строки текста).
Так как lineptr - имя массива, его можно трактовать как указатель, т. е. так же, как мы это делали в предыдущих примерах, и writelines переписать следующим образом:
/* writelines: печать строк */ void writelines(char *lineptr[], int nlines) { while (nlines-- > 0) printf("%s\n", *lineptr++); }
Вначале * lineptr указывает на первую строку: каждое приращение указателя приводит к тому, что *lineptr указывает на следующую строку, и делается это до тех пор, пока nlines не станет нулем.
Теперь, когда мы разобрались с вводом и выводом, можно приступить к сортировке. Быструю сортировку, описанную в главе 4, надо несколько модифицировать: нужно изменить объявления, а операцию сравнения заменить обращением к strcmp. Алгоритм остался тем же, и это дает нам определенную уверенность в его правильности.
/* qsort: сортирует v[left]...v[right] по возрастанию */ void qsort(char *v[], int left, int right) { int i, last; void swap(char *v[], int i, int j);
if (left >= right) /* ничего не делается, если в массиве */ return; /* менее двух элементов */
swap(v, left, (left+right)/2); last = left; for(i = left+1; i
Небольшие поправки требуются и в программе перестановки.
/* swap: поменять местами v[i] и v[j] */ void swap(char *v[], int i, int j) { char *temp; temp = v[i]; v[i] = v[j]; v[j] = temp; }
Так как каждый элемент массива v (т. е. lineptr) является указателем на символ, temp должен иметь тот же тип, что и v - тогда можно будет осуществлять пересылки между temp и элементами v.
Упражнение 5.7. Напишите новую версию readlines, которая запоминала бы строки в массиве, определенном в main, а не запрашивала память посредством программы alloc. Насколько быстрее эта программа?
