Hướng dẫn cơ bản về con trỏ trong lập trình C

Alicia Brunner included in Programming C Programming Computer Memory

2023-10-02 2289 words 11 minutes

Contents

Con trỏ là một khía cạnh thiết yếu của lập trình C mà bạn cần hiểu rõ để sử dụng ngôn ngữ một cách hiệu quả. Chúng hỗ trợ quản lý bộ nhớ hiệu quả, truyền dữ liệu theo tham chiếu, xử lý mảng và chuỗi, v.v. Tuy nhiên, chúng yêu cầu sử dụng cẩn thận để tránh sai sót.

Đi sâu vào sự phức tạp của con trỏ C, bao gồm việc hiểu về phân bổ bộ nhớ và tính toán địa chỉ để đạt được trình độ thành thạo về số học con trỏ.

Bộ nhớ và địa chỉ

Bộ nhớ, thường được gọi bằng từ viết tắt RAM (Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên), đề cập đến dung lượng lưu trữ trong hệ thống máy tính tạm thời giữ lại dữ liệu và lệnh cần thiết để thực thi ứng dụng phần mềm. Vùng lưu trữ này hoạt động như một nền tảng vận hành cho các chương trình đang chạy. Đơn vị đo cơ bản cho kích thước bộ nhớ là byte, bao gồm 8 bit.

Trong mọi thiết bị máy tính, mỗi đơn vị lưu trữ sở hữu một mã định danh riêng và có khả năng chứa lượng thông tin khác nhau dựa trên kiến trúc của hệ thống. Khi một người khai báo một biến bằng ngôn ngữ lập trình C, về cơ bản họ đang chỉ định một vùng cụ thể trong bộ nhớ của máy tính để lưu giữ thông tin liên quan đến biến đó. Khái niệm này có thể được ví như một ngôi nhà có địa chỉ riêng biệt cho phép xác định và xác định vị trí của nó.

Hãy xem xét một tình huống trong đó thiết bị máy tính của một người bao gồm một mảng các đơn vị bộ nhớ, trong đó mỗi ô có khả năng chứa một đơn vị thông tin được gọi là “byte”. Trong ngữ cảnh của một ngôn ngữ lập trình như C, chúng ta hãy giả sử rằng tồn tại hai thực thể riêng biệt được biểu thị bằng ký hiệu’x’và’y'.

 int x = 5;
int y = 10;

Trong bộ nhớ, nó có thể trông như thế này:

Địa chỉ

Dữ liệu

—|—

1000

1004

Trong trường hợp này, các vị trí bộ nhớ riêng biệt chứa các biến này. Thông tin liên quan đến x nằm ở địa chỉ bộ nhớ 1000, trong khi dữ liệu liên quan đến y có thể được tìm thấy ở vị trí 1004.

Nắm bắt được sự phức tạp của bộ nhớ và các vị trí liên quan của nó là điều hết sức quan trọng khi sử dụng con trỏ, vì các thực thể này đóng vai trò là kho lưu trữ thông tin địa chỉ. Thông qua cơ quan của họ, người ta có thể truy cập và thao tác dữ liệu nằm ở các vị trí bộ nhớ cụ thể.

Khai báo và khởi tạo con trỏ trong C

Để thao tác dữ liệu một cách hiệu quả bằng cách sử dụng con trỏ trong ngôn ngữ lập trình C, trước tiên người ta phải khai báo và cấp phát bộ nhớ cho dữ liệu đó.

Tuyên ngôn

Để tạo một biến con trỏ trong C++, người ta phải chỉ định kiểu dữ liệu mà con trỏ sẽ tham chiếu, theo sau là dấu hoa thị (\*) và cuối cùng gán tên cho chính con trỏ đó. Để minh họa, hãy xem xét khai báo sau đây của một con trỏ có tên “ptr” trỏ đến một giá trị nguyên:csharpint *ptr;//Khai báo ptr như một con trỏ tới int

 int *ptr;

Trong khai báo này, chúng tôi thiết lập một biến tham chiếu được ký hiệu là “ptr” dùng để chỉ định vị trí hoặc địa chỉ bộ nhớ của một số nguyên trong dung lượng lưu trữ của máy tính.

Khởi tạo

Sau khi một biến được khai báo, nó phải được khởi tạo bằng cách gán vị trí bộ nhớ cho nó bằng cú pháp “variable\_name=&value”. Điều này được thực hiện để đảm bảo rằng biến trỏ đến vị trí bộ nhớ dự định và tránh mọi lỗi hoặc sự cố tiềm ẩn liên quan đến các biến chưa được khởi tạo.

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

Ký hiệu dấu và trong câu lệnh này dùng để lấy địa chỉ của biến x, khai báo một cách hiệu quả rằng ptr đại diện cho một vị trí bộ nhớ chứa một giá trị số nguyên, với vị trí nói trên được xác định bởi tham chiếu hiện tại của x.

Hiện tại, giá trị được lưu trong vị trí bộ nhớ được trỏ bởi biến con trỏ ptr tương ứng với biến số nguyên x. Để giải thích thêm, giả sử chúng ta có một chương trình xác định một biến số nguyên có tên x , sau đó khai báo một biến khác gọi là ptr với kiểu dữ liệu int\* (một con trỏ tới một số nguyên). Sau đó, người lập trình có thể sử dụng một biểu thức như ptr=&x để gán địa chỉ bộ nhớ của x cho ptr. Kết quả là, mọi thao tác tiếp theo được thực hiện trên ptr sẽ thực sự hoạt động trên giá trị số nguyên được lưu trữ tại vị trí bộ nhớ được chỉ định bởi địa chỉ được chỉ định của nó.

Biến đổi

Địa chỉ

Giá trị

—|—|—

1000

ptr

–

1000

Con trỏ trong ngôn ngữ lập trình C phục vụ hai mục đích; chúng không chỉ bảo toàn vị trí của một thực thể dữ liệu cụ thể mà còn sở hữu mã định danh riêng trong khung bộ nhớ của hệ thống máy tính.

Con trỏ hội thảo

Việc đến đích của con trỏ C đòi hỏi phải lấy dữ liệu nằm ở vị trí được con trỏ chỉ định.

Hãy xem xét một kịch bản trong đó một người sở hữu một con trỏ, được ký hiệu là int\* ptr , hướng tới một thực thể có giá trị nguyên. Để lấy dữ liệu được lưu trữ tại vị trí được trỏ bởi con trỏ này, toán tử dấu hoa thị (\*) được sử dụng cho mục đích hội thảo.

 int x = 10;

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

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

Trong trường hợp này, biến con trỏ được sử dụng để truy cập dữ liệu được lưu trữ tại vị trí bộ nhớ mà nó chỉ định. Do đó, nội dung của biến value được đặt thành giá trị 10, tương ứng với thông tin nằm trong vị trí bộ nhớ được trỏ bởi x.

Số học con trỏ

Số học con trỏ là một khả năng rất linh hoạt trong ngôn ngữ lập trình C, đặc biệt có lợi khi thao tác với mảng và chuỗi, là tập hợp các ký tự riêng lẻ. Kỹ thuật này cho phép áp dụng các toán tử cho con trỏ, cho phép chúng điều hướng qua bộ nhớ một cách năng động hơn.

Dưới đây là minh họa về cách sử dụng phương pháp này như sau:

Bắt đầu bằng cách khai báo một mảng số nguyên:

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

Khai báo một biến kiểu int \* và khởi tạo nó bằng địa chỉ của phần tử đầu tiên trong mảng “số”, được phân bổ động bằng hàm malloc(). Điều này có thể được biểu diễn như sau:cint *p=(int *) malloc(sizeof(int) * length);

 int *ptr = numbers;

Việc sử dụng toán tử “&” là không cần thiết trong ngữ cảnh này vì “số” vốn là kiểu dữ liệu giống con trỏ.

Biến con trỏ hiện chỉ định thành phần ban đầu của mảng.

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

Để truy cập và thao tác các phần tử trong một mảng, bạn có thể sử dụng vòng lặp hoặc lập chỉ mục để xác định vị trí mong muốn trong mảng. Trong trường hợp này, nếu bạn muốn di chuyển con trỏ đến phần tử thứ ba của mảng, bạn sẽ tăng giá trị của con trỏ lên hai, do đó cho phép truy cập vào chỉ mục cụ thể đó.

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

Người ta có thể đảo ngược hướng của con trỏ trên màn hình máy tính bằng cách giảm giá trị của nó, được gọi là"trừ"khỏi nó.

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

Số học con trỏ, một công cụ có giá trị trong việc điều hướng mảng và quản lý phân bổ bộ nhớ động, tỏ ra đặc biệt hữu ích trong những bối cảnh này.

Con trỏ và hàm trong C

Nếu một người có hiểu biết toàn diện về hoạt động của các hàm trong bối cảnh lập trình C, họ sẽ thấy mình được trang bị tốt để sử dụng các con trỏ hàm. Có một số phương pháp mà chúng có thể được sử dụng một cách hiệu quả.

Con trỏ hàm

Con trỏ hàm cung cấp cơ chế khai báo và sử dụng hàm theo cách tương tự như các giá trị khác. Chúng đặc biệt có giá trị khi triển khai lệnh gọi lại hoặc thực thi các chức năng một cách nhanh chóng.

 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

Mã hiện tại mô tả một con trỏ hàm có tên là"hoạt động"có khả năng trỏ tới một hàm chấp nhận hai tham số nguyên và trả về một kết quả duy nhất. Con trỏ hàm nói trên được gán địa chỉ của hàm “add”. Sau đó, nó sử dụng biến “hoạt động” để tạo tham chiếu gián tiếp đến hàm “thêm” với đối số 5 và 3.

Truyền theo tham chiếu

Con trỏ cung cấp khả năng chuyển tiếp các tham chiếu đến các hàm, cho phép thực hiện sửa đổi trên dữ liệu ban đầu trong các tham số đã chỉ định. Chức năng như vậy rất cần thiết cho những hoạt động đòi hỏi phải thay đổi các biến ngoài tầm nhìn của các quy trình liên quan.

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

Hàm “modifyValue” là một tiện ích sửa đổi giá trị của bất kỳ đầu vào nào được truyền tới nó bằng cách thay đổi nó và gán cho nó giá trị cố định là 42. Hoạt động này diễn ra trong bối cảnh ứng dụng phần mềm yêu cầu chức năng cụ thể này, thay đổi hiệu quả giá trị của tham số được chỉ định thành số được xác định trước.

Phân bổ bộ nhớ động

Khi các hàm được giao nhiệm vụ trả về các tham chiếu con trỏ tới bộ nhớ được phân bổ động, cách làm này đặc biệt phổ biến trong các trường hợp cần tạo và phân phối các cấu trúc dữ liệu vô biên như mảng hoặc danh sách liên kết. Để sử dụng hiệu quả phương pháp này, người ta phải có sự hiểu biết sâu sắc về cả cơ chế phân bổ bộ nhớ ngăn xếp và bộ nhớ heap.

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

Mã hiện tại bao gồm một hàm có tên “createArray”, chấp nhận một đối số ở dạng số nguyên có tên là “size”. Trong giới hạn của chức năng nói trên, bộ nhớ được phân bổ động để sắp xếp số nguyên có độ lớn được chỉ định bằng hoạt động được gọi là “malloc” (phân bổ bộ nhớ). Sau đó, mảng được khởi tạo và sau đó được trả về thông qua một con trỏ, cung cấp quyền truy cập vào tập hợp số nguyên mới được thiết lập.

Sử dụng phổ biến

Con trỏ đóng một vai trò quan trọng trong ngôn ngữ C, khiến nó khác biệt với các ngôn ngữ khác như Python. Chúng phục vụ nhiều mục đích, bao gồm quản lý bộ nhớ, thao tác dữ liệu và phân bổ động. Chức năng của chúng cho phép các nhà phát triển tạo ra các thuật toán hiệu quả và xử lý các tập dữ liệu lớn một cách dễ dàng.

⭐Phân bổ bộ nhớ động

⭐ Thao tác mảng

⭐Đi qua tham khảo

⭐Cấu trúc dữ liệu

⭐Quản lý tài nguyên

Việc nâng cao trình độ lập trình C của một người được tạo điều kiện thuận lợi bằng cách hiểu các ứng dụng phổ biến của con trỏ. Tham gia vào các bài tập liên quan đến cách sử dụng con trỏ này sẽ nâng cao sự quen thuộc của bạn với con trỏ và tinh chỉnh cách sử dụng chúng.

##Thực hành sử dụng con trỏ trong lập trình C

Có được chuyên môn trong việc sử dụng con trỏ trong bối cảnh lập trình C là một kỹ năng thành thạo không thể thiếu, tạo điều kiện thuận lợi cho việc quản lý hiệu quả tài nguyên bộ nhớ, thao tác dữ liệu và thực hiện các tác vụ tính toán phức tạp. Bằng cách mài giũa kỹ năng của mình thông qua thực hành bền bỉ, người ta có thể nâng cao đáng kể khả năng phát triển các ứng dụng đáng tin cậy và tối ưu hóa tài nguyên bằng ngôn ngữ lập trình C.