คู่มือสำคัญสำหรับพอยน์เตอร์ในการเขียนโปรแกรม C

พอยน์เตอร์เป็นส่วนสำคัญของการเขียนโปรแกรม C ซึ่งคุณจะต้องมีความเข้าใจที่ดีในการใช้ภาษาอย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยในการจัดการหน่วยความจำอย่างมีประสิทธิภาพ ส่งข้อมูลโดยการอ้างอิง การจัดการอาร์เรย์และสตริง และอื่นๆ อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องใช้อย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาด

เจาะลึกความซับซ้อนของพอยน์เตอร์ C ครอบคลุมความเข้าใจในการจัดสรรหน่วยความจำและการคำนวณที่อยู่เพื่อให้บรรลุความเชี่ยวชาญทางคณิตศาสตร์ของพอยน์เตอร์

หน่วยความจำและที่อยู่

หน่วยความจำ โดยทั่วไปเรียกโดยย่อว่า RAM (หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม) หมายถึงความจุภายในระบบคอมพิวเตอร์ที่เก็บข้อมูลและคำสั่งที่จำเป็นสำหรับการทำงานของแอปพลิเคชันซอฟต์แวร์ไว้ชั่วคราว พื้นที่จัดเก็บข้อมูลนี้ทำหน้าที่เป็นแพลตฟอร์มการดำเนินงานสำหรับโปรแกรมที่กำลังทำงานอยู่ หน่วยวัดพื้นฐานของขนาดหน่วยความจำคือไบต์ซึ่งประกอบด้วยแปดบิต

ในอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ทุกเครื่อง หน่วยจัดเก็บข้อมูลแต่ละหน่วยจะมีตัวระบุส่วนบุคคลและสามารถรองรับข้อมูลจำนวนที่แตกต่างกันตามสถาปัตยกรรมของระบบได้ เมื่อมีการประกาศตัวแปรโดยใช้ภาษาการเขียนโปรแกรม C พวกเขาจะกำหนดพื้นที่เฉพาะภายในหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์เพื่อเก็บข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับตัวแปรดังกล่าว แนวคิดนี้สามารถเปรียบได้กับที่อยู่อาศัยซึ่งมีที่อยู่ที่ชัดเจนเพื่อให้สามารถระบุตัวตนและที่ตั้งได้

พิจารณาสถานการณ์ที่อุปกรณ์คอมพิวเตอร์ประกอบด้วยอาร์เรย์ของหน่วยหน่วยความจำ โดยแต่ละเซลล์สามารถรองรับข้อมูลหน่วยเดียวที่เรียกว่า"ไบต์"ในบริบทของภาษาโปรแกรมเช่น C ให้เราสมมติว่ามีสองเอนทิตีที่แตกต่างกันซึ่งแสดงด้วยสัญลักษณ์’x’และ’y'

 int x = 5;
int y = 10;

ในความทรงจำอาจมีลักษณะดังนี้:

ที่อยู่

|

ข้อมูล

—|—

1,000

|

5

1004

|

10

ในกรณีนี้ ตำแหน่งหน่วยความจำที่แตกต่างกันจะรองรับตัวแปรเหล่านี้ ข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับ x อยู่ที่ที่อยู่หน่วยความจำ 1000 ในขณะที่ข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับ y สามารถพบได้ที่ตำแหน่ง 1004

การจับความซับซ้อนของหน่วยความจำและตำแหน่งที่เกี่ยวข้องมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อใช้พอยน์เตอร์ เนื่องจากเอนทิตีเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นที่เก็บข้อมูลที่อยู่ เราสามารถเข้าถึงและจัดการข้อมูลที่อยู่ในตำแหน่งหน่วยความจำเฉพาะผ่านทางหน่วยงานของพวกเขา

การประกาศและการเริ่มต้นตัวชี้ใน C

เพื่อจัดการข้อมูลอย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้พอยน์เตอร์ในภาษาการเขียนโปรแกรมของ C เราต้องประกาศและจัดสรรหน่วยความจำสำหรับข้อมูลดังกล่าวก่อน

ประกาศ

ในการสร้างตัวแปรตัวชี้ในภาษา C++ จะต้องระบุประเภทข้อมูลที่ตัวชี้จะอ้างอิง ตามด้วยเครื่องหมายดอกจัน (\*) และสุดท้ายก็กำหนดชื่อให้กับตัวชี้นั้นเอง เพื่อเป็นตัวอย่าง ให้พิจารณาการประกาศต่อไปนี้ของตัวชี้ชื่อ “ptr” ซึ่งชี้ไปยังค่าจำนวนเต็ม:csharpint *ptr;//ประกาศ ptr เป็นตัวชี้ไปยัง int

 int *ptr; 

ในการประกาศนี้ เราสร้างตัวแปรอ้างอิงที่แสดงเป็น “ptr” ซึ่งทำหน้าที่กำหนดตำแหน่งหรือที่อยู่หน่วยความจำของจำนวนเต็มภายในความจุของคอมพิวเตอร์

การเริ่มต้น

หลังจากประกาศตัวแปรแล้ว จะต้องเริ่มต้นโดยการกำหนดตำแหน่งหน่วยความจำให้กับตัวแปรโดยใช้ไวยากรณ์ “variable\_name=&value” การทำเช่นนี้เพื่อให้แน่ใจว่าตัวแปรชี้ไปยังตำแหน่งหน่วยความจำที่ต้องการ และหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดหรือปัญหาที่อาจเกิดขึ้นที่เกี่ยวข้องกับตัวแปรที่ไม่ได้กำหนดค่าเริ่มต้น

 int x = 5;
int *ptr = &x; 

สัญลักษณ์เครื่องหมายแอมเปอร์แซนด์ในคำสั่งนี้ทำหน้าที่รับที่อยู่ของตัวแปร x โดยการประกาศอย่างมีประสิทธิภาพว่า ptr แสดงถึงตำแหน่งหน่วยความจำที่มีค่าจำนวนเต็มอยู่ โดยตำแหน่งดังกล่าวถูกกำหนดโดยการอ้างอิงปัจจุบันของ x

ในปัจจุบัน ค่าที่จัดเก็บไว้ในตำแหน่งหน่วยความจำที่ชี้โดยตัวแปรตัวชี้ ptr สอดคล้องกับตัวแปรจำนวนเต็ม x เพื่ออธิบายเพิ่มเติม สมมติว่าเรามีโปรแกรมที่กำหนดตัวแปรจำนวนเต็มชื่อ x แล้วประกาศตัวแปรอีกตัวที่เรียกว่า ptr โดยมีประเภทข้อมูล int\* (ตัวชี้ไปยังจำนวนเต็ม) โปรแกรมเมอร์สามารถใช้นิพจน์เช่น ptr=&x เพื่อกำหนดที่อยู่หน่วยความจำของ x ให้กับ ptr ด้วยเหตุนี้ การดำเนินการใดๆ ในภายหลังที่ดำเนินการบน ptr จะดำเนินการกับค่าจำนวนเต็มที่จัดเก็บไว้ในตำแหน่งหน่วยความจำที่ระบุโดยที่อยู่ที่กำหนด

ตัวแปร

|

ที่อยู่

|

ค่า

—|—|—

x

|

1,000

|

5

ปตท

|

–

|

1,000

พอยน์เตอร์ในภาษาการเขียนโปรแกรม C มีจุดประสงค์สองประการ พวกเขาไม่เพียงแต่รักษาตำแหน่งของเอนทิตีข้อมูลเฉพาะเท่านั้น แต่ยังมีตัวระบุรายบุคคลภายในกรอบหน่วยความจำของระบบคอมพิวเตอร์อีกด้วย

ตัวชี้การยกเลิกการอ้างอิง

การเข้าถึงปลายทางของตัวชี้ C จะต้องดึงข้อมูลที่อยู่ในตำแหน่งที่ระบุโดยตัวชี้

พิจารณาสถานการณ์ที่บุคคลหนึ่งมีตัวชี้ ซึ่งแสดงเป็น int\* ptr ซึ่งมุ่งตรงไปยังเอนทิตีที่มีค่าเป็นจำนวนเต็ม เพื่อให้ได้ข้อมูลที่จัดเก็บในตำแหน่งที่ชี้โดยตัวชี้นี้ จะใช้ตัวดำเนินการเครื่องหมายดอกจัน (\*) เพื่อวัตถุประสงค์ในการยกเลิกการอ้างอิง

 int x = 10;

int *ptr = &x; // ptr points to the address of x

int value = *ptr; // Dereferencing ptr to get the value 

ในกรณีนี้ ตัวแปรพอยน์เตอร์ถูกใช้เพื่อเข้าถึงข้อมูลที่จัดเก็บไว้ในตำแหน่งหน่วยความจำที่กำหนด ดังนั้น เนื้อหาของตัวแปร ค่า จะถูกตั้งค่าเป็น 10 ซึ่งสอดคล้องกับข้อมูลที่อยู่ในตำแหน่งหน่วยความจำที่ชี้ด้วย x

เลขคณิตพอยน์เตอร์

เลขคณิตของพอยน์เตอร์เป็นความสามารถที่หลากหลายมากภายในภาษาการเขียนโปรแกรม C ซึ่งมีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อต้องจัดการกับอาร์เรย์และสตริงซึ่งเป็นชุดของอักขระแต่ละตัว เทคนิคนี้ช่วยให้ตัวดำเนินการสามารถนำไปใช้กับพอยน์เตอร์ได้ ทำให้สามารถนำทางผ่านหน่วยความจำในลักษณะไดนามิกมากขึ้น

นี่คือการสาธิตวิธีการใช้แนวทางนี้ดังต่อไปนี้:

เริ่มต้นด้วยการประกาศอาร์เรย์ของจำนวนเต็ม:

 int numbers[] = {10, 20, 30}; 

ประกาศตัวแปรประเภท int \* และเริ่มต้นด้วยที่อยู่ขององค์ประกอบแรกในอาร์เรย์"ตัวเลข"ซึ่งได้รับการจัดสรรแบบไดนามิกโดยใช้ฟังก์ชัน malloc() ซึ่งสามารถแสดงได้ดังนี้:cint *p=(int *) malloc(sizeof(int) * length);

 int *ptr = numbers; 

การใช้ตัวดำเนินการ “&” ไม่จำเป็นในบริบทนี้ เนื่องจาก “ตัวเลข” เป็นประเภทข้อมูลที่มีลักษณะคล้ายตัวชี้โดยเนื้อแท้

ตัวแปรตัวชี้ในปัจจุบันกำหนดองค์ประกอบเริ่มต้นของอาร์เรย์

 printf("%d\n", *ptr); // 10 

ในการเข้าถึงและจัดการองค์ประกอบภายในอาร์เรย์ คุณอาจใช้การวนซ้ำหรือการจัดทำดัชนีเพื่อระบุตำแหน่งที่ต้องการในอาร์เรย์ ในกรณีนี้ หากคุณต้องการย้ายพอยน์เตอร์ไปยังองค์ประกอบที่สามของอาร์เรย์ คุณจะต้องเพิ่มค่าของพอยน์เตอร์ขึ้นสองเท่า ซึ่งจะทำให้สามารถเข้าถึงดัชนีเฉพาะนั้นได้

 ptr \+= 2;
printf("%d\n", *ptr); // 30 

เราอาจกลับทิศทางของเคอร์เซอร์บนหน้าจอคอมพิวเตอร์โดยการลดค่าลง ซึ่งเรียกว่า"การลบ"จากเคอร์เซอร์

 ptr--;
printf("%d\n", *ptr); ;// 20 

เลขคณิตของพอยน์เตอร์ซึ่งเป็นเครื่องมืออันทรงคุณค่าในการนำทางอาร์เรย์และจัดการการจัดสรรหน่วยความจำแบบไดนามิก พิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์อย่างยิ่งในบริบทเหล่านี้

พอยน์เตอร์และฟังก์ชั่นใน C

หากใครมีความเข้าใจอย่างครอบคลุมเกี่ยวกับการทำงานของฟังก์ชันต่างๆ ภายในบริบทของการเขียนโปรแกรม C พวกเขาจะพบว่าตนเองมีความพร้อมในการใช้พอยน์เตอร์ฟังก์ชัน มีหลายวิธีที่อาจนำไปใช้อย่างมีประสิทธิภาพได้

ตัวชี้ฟังก์ชัน

ตัวชี้ฟังก์ชันจัดเตรียมกลไกสำหรับการประกาศและใช้งานฟังก์ชันในลักษณะที่คล้ายคลึงกับค่าอื่นๆ สิ่งเหล่านี้มีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อต้องใช้การโทรกลับหรือดำเนินการฟังก์ชันต่างๆ ได้ทันที

 int (*operation)(int, int); // Declare a function pointer
operation = add; // Pointer to an add function
int result = operation(5, 3); // Call the function through the pointer

โค้ดปัจจุบันแสดงตัวชี้การทำงานที่ชื่อว่า"การดำเนินการ"ซึ่งสามารถชี้ไปยังฟังก์ชันที่ยอมรับพารามิเตอร์จำนวนเต็มสองตัวและส่งกลับผลลัพธ์เดียว ตัวชี้ฟังก์ชันดังกล่าวได้รับการกำหนดที่อยู่ของฟังก์ชัน"เพิ่ม"ต่อมาจะใช้ตัวแปร"การดำเนินการ"เพื่อสร้างการอ้างอิงทางอ้อมไปยังฟังก์ชัน"เพิ่ม"ด้วยอาร์กิวเมนต์ 5 และ 3

ผ่านการอ้างอิง

พอยน์เตอร์มีความสามารถในการส่งต่อการอ้างอิงไปยังฟังก์ชัน ทำให้สามารถแก้ไขข้อมูลเริ่มต้นภายในพารามิเตอร์ที่ระบุได้ ฟังก์ชั่นดังกล่าวเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการดำเนินงานที่จำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงตัวแปรที่อยู่นอกเหนือขอบเขตของขั้นตอนที่เกี่ยวข้อง

 void modifyValue(int *x) {
  *x = 42; // Modifies the value of x in the calling code
}

ฟังก์ชัน"modifyValue"เป็นโปรแกรมอรรถประโยชน์ที่จะแก้ไขค่าของอินพุตใดๆ ที่ส่งผ่านไปโดยการเปลี่ยนแปลงและกำหนดค่าคงที่เป็นสี่สิบสอง การดำเนินการนี้เกิดขึ้นภายในบริบทของแอปพลิเคชันซอฟต์แวร์ที่เรียกใช้ฟังก์ชันเฉพาะนี้ โดยจะเปลี่ยนค่าของพารามิเตอร์ที่กำหนดเป็นตัวเลขที่กำหนดไว้ล่วงหน้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การจัดสรรหน่วยความจำแบบไดนามิก

เมื่อฟังก์ชันได้รับมอบหมายให้ส่งคืนการอ้างอิงพอยน์เตอร์ไปยังหน่วยความจำที่จัดสรรแบบไดนามิก แนวทางปฏิบัตินี้จะแพร่หลายอย่างเห็นได้ชัดในกรณีที่จำเป็นต้องมีการสร้างและการแจกจ่ายโครงสร้างข้อมูลที่ไร้ขอบเขต เช่น อาร์เรย์หรือรายการที่เชื่อมโยง เพื่อที่จะใช้วิธีการนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เราต้องมีความเข้าใจอย่างเชี่ยวชาญเกี่ยวกับกลไกการจัดสรรหน่วยความจำทั้งสแต็กและฮีป

 int *createArray(int size) {
  int *arr = (int *)malloc(size * sizeof(int));
  return arr;
}

รหัสปัจจุบันรวบรวมฟังก์ชันชื่อ"createArray"ซึ่งยอมรับอาร์กิวเมนต์ในรูปแบบของ"ขนาด"ที่เป็นจำนวนเต็ม ภายในขอบเขตของฟังก์ชันดังกล่าว หน่วยความจำจะถูกจัดสรรแบบไดนามิกสำหรับการจัดเรียงจำนวนเต็มตามขนาดที่ระบุ โดยการดำเนินการที่เรียกว่า"malloc"(การจัดสรรหน่วยความจำ) ต่อจากนั้น อาร์เรย์จะถูกเตรียมใช้งานและส่งคืนในภายหลังผ่านตัวชี้ เพื่อให้สามารถเข้าถึงชุดจำนวนเต็มที่สร้างขึ้นใหม่

การใช้งานทั่วไป

พอยน์เตอร์มีบทบาทสำคัญในภาษา C โดยทำให้มันแตกต่างจากภาษาอื่นๆ เช่น Python มีวัตถุประสงค์หลายประการ ซึ่งรวมถึงการจัดการหน่วยความจำ การจัดการข้อมูล และการจัดสรรแบบไดนามิก ฟังก์ชันการทำงานช่วยให้นักพัฒนาสามารถสร้างอัลกอริธึมที่มีประสิทธิภาพและจัดการชุดข้อมูลขนาดใหญ่ได้อย่างง่ายดาย

⭐ การจัดสรรหน่วยความจำแบบไดนามิก

⭐ การจัดการอาร์เรย์

⭐ผ่านโดยการอ้างอิง

⭐โครงสร้างข้อมูล

⭐การจัดการทรัพยากร

การปรับปรุงความเชี่ยวชาญในการเขียนโปรแกรม C นั้นได้รับการอำนวยความสะดวกโดยการทำความเข้าใจการใช้งานพอยน์เตอร์ที่แพร่หลาย การมีส่วนร่วมในแบบฝึกหัดที่เกี่ยวข้องกับการใช้พอยน์เตอร์เหล่านี้จะทำให้คุณคุ้นเคยกับพอยน์เตอร์มากขึ้น และปรับปรุงการใช้งานของพอยน์เตอร์เหล่านั้น

ฝึกใช้พอยน์เตอร์ในการเขียนโปรแกรม C

การได้รับความเชี่ยวชาญในการใช้พอยน์เตอร์ในบริบทของการเขียนโปรแกรม C ถือเป็นความสามารถที่ขาดไม่ได้ซึ่งเอื้อต่อการจัดการทรัพยากรหน่วยความจำอย่างมีประสิทธิภาพ การจัดการข้อมูล และการดำเนินงานด้านการคำนวณที่ซับซ้อน ด้วยการฝึกฝนทักษะผ่านการฝึกฝนอย่างต่อเนื่อง เราจะสามารถเพิ่มขีดความสามารถในการพัฒนาแอปพลิเคชันที่เชื่อถือได้และปรับทรัพยากรให้เหมาะสมโดยใช้ภาษาการเขียนโปรแกรม C ได้อย่างมาก