Глава 3. Массивы указателей, строки и многоуровневая адресация

Массивы указателей

Массив указателей — это массив, каждый элемент которого является указателем на другие данные.

int a = 10, b = 20, c = 30;
int *pointers[3] = {&a, &b, &c};  // Массив из 3 указателей

Массивы указателей на строки

Массив строк

#include <stdio.h>

int main() {
    char *days[7] = {
        "Понедельник",
        "Вторник",
        "Среда",
        "Четверг",
        "Пятница",
        "Суббота",
        "Воскресенье"
    };

    printf("Дни недели:\n");
    for (int i = 0; i < 7; i++) {
        printf("%d. %s\n", i + 1, days[i]);
    }

    // Доступ к отдельным символам
    printf("\nПервая буква среды: '%c'\n", *days[2]);
    printf("Вторая буква среды: '%c'\n", *(days[2] + 1));

    return 0;
}

Меню программы

#include <stdio.h>

int main() {
    char *menuOptions[5] = {
        "Создать файл",
        "Открыть файл",
        "Сохранить файл",
        "Настройки",
        "Выход"
    };

    int choice = 2;  // Выбираем пункт 2

    printf("=== ГЛАВНОЕ МЕНЮ ===\n");
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d. %s\n", i + 1, menuOptions[i]);
    }

    printf("\nВы выбрали: %s\n", menuOptions[choice - 1]);
    printf("Длина выбранного пункта: %d символов\n",
           (int)(menuOptions[choice - 1] + strlen(menuOptions[choice - 1]) - menuOptions[choice - 1]));

    return 0;
}

// Простая функция для подсчета длины строки
int strlen(char *str) {
    int len = 0;
    while (str[len] != '\0') len++;
    return len;
}

Указатели на указатели

Переменная, которая хранит адрес другого указателя.

Двойная адресация

#include <stdio.h>

int main() {
    int value = 42;
    int *ptr = &value;      // Указатель на value
    int **ptrToPtr = &ptr;  // Указатель на указатель

    printf("=== УРОВНИ АДРЕСАЦИИ ===\n");
    printf("value = %d\n", value);
    printf("*ptr = %d\n", *ptr);
    printf("**ptrToPtr = %d\n", **ptrToPtr);

    printf("\nАдреса:\n");
    printf("&value = %p\n", &value);
    printf("ptr = %p\n", ptr);
    printf("&ptr = %p\n", &ptr);
    printf("ptrToPtr = %p\n", ptrToPtr);

    return 0;
}

Изменение через двойной указатель

Изменение значения

#include <stdio.h>

int main() {
    int score = 85;
    int *scorePtr = &score;
    int **doublePtrScore = &scorePtr;

    printf("Исходный счет: %d\n", score);

    // Изменяем значение через двойной указатель
    **doublePtrScore += 10;

    printf("После изменения через **: %d\n", score);  // 95

    return 0;
}

Изменение указателя

int first = 100;
int second = 200;
int *ptr = &first;
int **ptrToPtr = &ptr;

printf("Сначала ptr указывает на: %d\n", *ptr);  // 100

// Меняем сам указатель через двойной указатель
*ptrToPtr = &second;

printf("Теперь ptr указывает на: %d\n", *ptr);   // 200

Практическое применение

Таблица строк

#include <stdio.h>

int main() {
    char *employees[4] = {
        "Иван Петров",
        "Анна Сидорова",
        "Петр Козлов",
        "Елена Волкова"
    };

    char *departments[4] = {
        "Разработка",
        "Маркетинг",
        "Продажи",
        "HR"
    };

    printf("=== СПИСОК СОТРУДНИКОВ ===\n");
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        printf("%-15s - %s\n", employees[i], departments[i]);
    }

    // Поиск сотрудника
    char *searchName = "Анна Сидорова";
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        char *currentName = employees[i];
        char *searchPtr = searchName;
        char *namePtr = currentName;
        int match = 1;

        // Простое сравнение строк
        while (*searchPtr != '\0' && *namePtr != '\0') {
            if (*searchPtr != *namePtr) {
                match = 0;
                break;
            }
            searchPtr++;
            namePtr++;
        }

        if (match && *searchPtr == '\0' && *namePtr == '\0') {
            printf("\n✅ %s работает в отделе: %s\n", searchName, departments[i]);
            break;
        }
    }

    return 0;
}

Многоуровневая структура данных

#include <stdio.h>

int main() {
    // Двумерная структура через массивы указателей
    char *subjects[3] = {"Математика", "Физика", "Информатика"};
    char *grades[3] = {"Отлично", "Хорошо", "Отлично"};

    // Массив указателей на массивы указателей
    char **studentData[2] = {subjects, grades};

    printf("=== АКАДЕМИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ===\n");
    printf("Предметы и оценки:\n");

    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        char *subject = studentData[0][i];    // subjects[i]
        char *grade = studentData[1][i];      // grades[i]
        printf("%-15s: %s\n", subject, grade);
    }

    return 0;
}

Динамическое управление строками

Переключение между строками

Переключение языка

#include <stdio.h>

int main() {
    char *messagesRU[3] = {
        "Добро пожаловать",
        "Выберите действие",
        "До свидания"
    };

    char *messagesEN[3] = {
        "Welcome",
        "Choose action",
        "Goodbye"
    };

    int language = 0;  // 0 = русский, 1 = английский
    char **currentMessages = (language == 0) ? messagesRU : messagesEN;

    printf("=== ИНТЕРФЕЙС ===\n");
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("%s\n", currentMessages[i]);
    }

    // Переключаем язык
    language = 1;
    currentMessages = (language == 0) ? messagesRU : messagesEN;

    printf("\n=== INTERFACE ===\n");
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("%s\n", currentMessages[i]);
    }

    return 0;
}

Таблицы данных

#include <stdio.h>

int main() {
    // Таблица информации о товарах
    char *products[4] = {"Ноутбук", "Мышь", "Клавиатура", "Монитор"};
    char *prices[4] = {"45000", "1500", "3000", "25000"};
    char *categories[4] = {"Компьютеры", "Аксессуары", "Аксессуары", "Мониторы"};

    char **productTable[3] = {products, prices, categories};
    char *headers[3] = {"Товар", "Цена", "Категория"};

    printf("=== КАТАЛОГ ТОВАРОВ ===\n");
    printf("%-12s %-8s %-12s\n", headers[0], headers[1], headers[2]);
    printf("------------------------------------\n");

    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        printf("%-12s %-8s %-12s\n",
               productTable[0][i],  // products[i]
               productTable[1][i],  // prices[i]
               productTable[2][i]); // categories[i]
    }

    return 0;
}

Функции с массивами указателей

Обработка списка строк

#include <stdio.h>

int findLongestString(char *strings[], int count) {
    int maxLength = 0;
    int maxIndex = 0;

    for (int i = 0; i < count; i++) {
        int length = 0;
        char *ptr = strings[i];

        // Подсчитываем длину строки
        while (*ptr != '\0') {
            length++;
            ptr++;
        }

        if (length > maxLength) {
            maxLength = length;
            maxIndex = i;
        }
    }

    return maxIndex;
}

int main() {
    char *cities[5] = {
        "Москва",
        "Санкт-Петербург",
        "Новосибирск",
        "Нижний Новгород",
        "Казань"
    };

    int longestIndex = findLongestString(cities, 5);

    printf("Города:\n");
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d. %s\n", i + 1, cities[i]);
    }

    printf("\nСамое длинное название: %s\n", cities[longestIndex]);

    return 0;
}

Трехуровневая адресация

Указатель на указатель на указатель

#include <stdio.h>

int main() {
    int data = 123;
    int *level1 = &data;        // Первый уровень
    int **level2 = &level1;     // Второй уровень
    int ***level3 = &level2;    // Третий уровень

    printf("=== МНОГОУРОВНЕВАЯ АДРЕСАЦИЯ ===\n");
    printf("data = %d\n", data);
    printf("*level1 = %d\n", *level1);
    printf("**level2 = %d\n", **level2);
    printf("***level3 = %d\n", ***level3);

    printf("\nАдреса:\n");
    printf("&data = %p\n", &data);
    printf("level1 = %p\n", level1);
    printf("&level1 = %p\n", &level1);
    printf("level2 = %p\n", level2);
    printf("&level2 = %p\n", &level2);
    printf("level3 = %p\n", level3);

    // Изменение через тройной указатель
    ***level3 = 456;
    printf("\nПосле изменения через ***: data = %d\n", data);

    return 0;
}

Практический пример: База данных

Структурированные данные

#include <stdio.h>

int main() {
    // База данных студентов
    char *names[4] = {"Алексей", "Мария", "Дмитрий", "Анна"};
    char *groups[4] = {"ИТ-101", "ИТ-102", "ИТ-101", "ИТ-103"};
    char *specialties[4] = {"Программирование", "Дизайн", "Программирование", "Тестирование"};

    // Массив указателей на массивы данных
    char **database[3] = {names, groups, specialties};
    char *fieldNames[3] = {"Имя", "Группа", "Специальность"};

    printf("=== БАЗА ДАННЫХ СТУДЕНТОВ ===\n");

    // Вывод заголовков
    for (int field = 0; field < 3; field++) {
        printf("%-15s ", fieldNames[field]);
    }
    printf("\n");
    printf("-----------------------------------------------\n");

    // Вывод данных студентов
    for (int student = 0; student < 4; student++) {
        for (int field = 0; field < 3; field++) {
            printf("%-15s ", database[field][student]);
        }
        printf("\n");
    }

    // Поиск студентов определенной группы
    char *targetGroup = "ИТ-101";
    printf("\nСтуденты группы %s:\n", targetGroup);

    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        char *studentGroup = database[1][i];  // groups[i]
        char *studentName = database[0][i];   // names[i]

        // Простое сравнение строк
        char *g1 = studentGroup, *g2 = targetGroup;
        int match = 1;

        while (*g1 != '\0' && *g2 != '\0') {
            if (*g1 != *g2) {
                match = 0;
                break;
            }
            g1++;
            g2++;
        }

        if (match && *g1 == '\0' && *g2 == '\0') {
            printf("- %s\n", studentName);
        }
    }

    return 0;
}

Манипуляция указателями в массивах

Переназначение указателей

Изменение направления указателей

#include <stdio.h>

int main() {
    char *status1 = "Активен";
    char *status2 = "Неактивен";
    char *status3 = "Заблокирован";

    char *userStatuses[3] = {status1, status1, status2};  // Начальные статусы
    char *userNames[3] = {"Алексей", "Мария", "Дмитрий"};

    printf("Исходные статусы:\n");
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("%s: %s\n", userNames[i], userStatuses[i]);
    }

    // Изменяем статус пользователя
    userStatuses[1] = status3;  // Мария становится заблокированной

    printf("\nПосле изменения:\n");
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("%s: %s\n", userNames[i], userStatuses[i]);
    }

    return 0;
}

Динамический выбор

#include <stdio.h>

int main() {
    char *errorMessages[3] = {
        "Файл не найден",
        "Недостаточно прав доступа",
        "Диск заполнен"
    };

    char *warningMessages[3] = {
        "Низкий заряд батареи",
        "Обновление доступно",
        "Много открытых файлов"
    };

    int isError = 1;  // 1 = ошибка, 0 = предупреждение
    int messageCode = 0;

    // Выбираем соответствующий массив сообщений
    char **currentMessages = isError ? errorMessages : warningMessages;
    char *messageType = isError ? "ОШИБКА" : "ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ";

    printf("=== %s ===\n", messageType);
    printf("Код %d: %s\n", messageCode, currentMessages[messageCode]);

    return 0;
}

Функции с многоуровневыми указателями

Обработка таблицы строк

#include <stdio.h>

void printTable(char **rows, int rowCount, char **headers, int colCount) {
    // Печатаем заголовки
    for (int col = 0; col < colCount; col++) {
        printf("%-12s ", headers[col]);
    }
    printf("\n");

    // Печатаем разделитель
    for (int col = 0; col < colCount; col++) {
        printf("------------ ");
    }
    printf("\n");

    // Печатаем строки данных
    for (int row = 0; row < rowCount; row++) {
        printf("%-12s ", rows[row]);
    }
    printf("\n");
}

int main() {
    char *productNames[4] = {"Ноутбук", "Мышь", "Клавиатура", "Монитор"};
    char *headers[4] = {"Товар", "Статус", "Количество", "Цена"};

    printf("Вызов функции с массивом указателей:\n");
    printTable(productNames, 4, headers, 4);

    return 0;
}

Память и эффективность

Сравнение подходов

#include <stdio.h>

int main() {
    // Подход 1: Двумерный массив символов
    char countries2D[3][15] = {
        "Россия",
        "Германия",
        "Франция"
    };

    // Подход 2: Массив указателей на строки
    char *countriesPtr[3] = {
        "Россия",
        "Германия",
        "Франция"
    };

    printf("=== СРАВНЕНИЕ ПАМЯТИ ===\n");
    printf("Двумерный массив: %zu байт\n", sizeof(countries2D));     // 45 байт
    printf("Массив указателей: %zu байт\n", sizeof(countriesPtr));   // 24 байта

    printf("\nОба подхода работают одинаково:\n");
    printf("2D массив: %s, %s, %s\n", countries2D[0], countries2D[1], countries2D[2]);
    printf("Указатели: %s, %s, %s\n", countriesPtr[0], countriesPtr[1], countriesPtr[2]);

    return 0;
}

Ключевые концепции

• Массив указателей — каждый элемент указывает на отдельные данные
• Указатель на указатель — двухуровневая адресация
• Многоуровневая адресация — цепочка указателей для сложных структур
• Эффективность памяти — массивы указателей экономят место для строк разной длины

Когда использовать

• Массивы указателей на строки — для списков текста разной длины
• Указатели на указатели — для изменения самих указателей в функциях
• Многоуровневую адресацию — для сложных иерархических структур данных

Многоуровневая адресация открывает возможности для создания гибких и эффективных структур данных.