AEDI-ponteiros

Algoritmos e Estruturas de Dados I –
Ponteiros
Profa. Mercedes Gonzales
Márquez
Alocação estática


Até agora, todas as estruturas tinham tamanho prédefinido, exemplo matrizes e vetores.
Esta alocação estática pode implicar em:
–
–
desperdício dos recursos pois podemos definirmos um
tamanho muito maior que aquele que normalmente será
usado em tempo de execução.
Pode-se, em contraste, subestimar o tamanho necessário
para armazenar os dados.
Alocação dinâmica



Na alocação dinâmica os espaços são
alocados durante a execução do programa,
conforme este necessitar de memória.
Não há reserva antecipada de espaço.
Alocar memória dinamicamente significa
gerenciar memória (isto é, reservar, utilizar e
liberar espaço) durante o tempo de execução.
Ponteiros ou Apontadores

Um ponteiro é uma variável que armazena um endereço
de memória que é geralmente ocupado por um dado de
um determinado tipo. Neste caso dissemos que o ponteiro
aponta para esse dado.
Endereço na
memória
1000
Valor variável
na memória
1003
1001
1002
1003



Ponteiro tem um tipo associado que determina o tipo do
dado que ele apontar ou o tipo da variável alocada no
endereço apontado. Pode ser um tipo pré-definido da
linguagem ou um tipo definido pelo programador. Exemplo:
variáveis inteiras, literais, reais, TipoProduto,etc.
Ponteiros - Declaração

A declaração de um tipo ponteiro se faz com a
seguinte sintaxe:
tipo da variável apontada: *ponteiro

Exemplos:
Real: *p1
Inteiro: *p2
Literal: *p3
O símbolo * indica que a variável é um ponteiro.
Ponteiros – Referenciando variáveis


Um ponteiro pode armazenar o endereço de uma
variável existente. Para isso, utiliza-se o operador
‘&’, que obtém o endereço de uma variável.
Exemplo: p ←&x.
Quando um ponteiro contém o endereço de uma
variável, dizemos que o ponteiro está “apontando”
para essa variável.
Ponteiros – Referenciando variáveis

Para acessar o conteúdo apontado pelo ponteiro,
é necessário utilizar o símbolo “*”. Exemplo:
*p ←10 (lê-se o conteúdo do endereço apontado
por p recebe 10)
p
Ponteiros – Referenciando variáveis

Exemplo: Considere as declarações e inicializações
inteiro: x, y, *p1, *p2
x ← -42
y ← 163

Essas declarações alocam memória para duas
variáveis do tipo inteiro e duas do tipo ponteiro a
inteiro. Os seus valores serão armazenados nos
endereços de memória indicados no seguinte
diagrama.
Ponteiros – Referenciando variáveis

Se fizermos:
p1 ← &x
p2 ← &y
Teremos a memória no seguinte estado.
antes
p1
depois
e p2 apontam as variáveis que estão
referenciando.
Ponteiros – Referenciando variáveis

Se fizermos:
*p1 ← 17
muda o valor na variável x devido que é onde p1
aponta. Assim, teremos a seguinte configuração.
Ponteiros – Referenciando variáveis

Também é possível atribuir novos valores aos
ponteiros. Por exemplo
p1 ← p2
leva ao computador a tomar o valor contido na
variável p2 (1004) e copiá-lo na variável p1. Ao
copiar este valor em p1, ambos p1 e p2 apontarão
à variável y, como mostramos no diagrama:
1004
Ponteiros – Apontando para lixo

Após um ponteiro ser declarado e antes que lhe
seja atribuído um valor, ele contém um valor
desconhecido. Tentar acessar este valor pode
gerar um erro fatal no nosso programa ou até
sistema operacional.
Ponteiros – Constanto NULO

Para evitar tal situação (apontamento para “Lixo”),
é necessário fazer com que os ponteiros apontem
para o vazio, para isso usa-se a constante NULO.
Ponteiros – Alocação dinâmica



Alocando espaço na Heap
O uso mais importante de ponteiros é para apoio
à alocação dinâmica, isto é, ao invés de apontar
variáveis já alocadas do espaço de dados, utilizar
o espaço de heap para novas variáveis, que
podem ser liberadas após o uso, mesmo antes do
término do programa.
Para isso, é necessária uma operação de
alocação de memória, e uma para liberação de
memória.
Ponteiros – Alocação dinâmica




A operação que aloca memória é implementada
por uma função, na forma: aloque(p)
Esta operação reserva, na Heap, espaço
suficiente para armazenar um dado do tipo
apontado por p. Em p é armazenado o endereço
de memória deste dado.
A operação que libera memória é implementada
por uma função, na forma: libere(p)
Esta operação ‘retorna’ para a Heap aquele
espaço ocupado pelo dado apontado por p, e
anula p.
Ponteiros ou Apontadores

Após a alocação o ponteiro passará apontar para
uma área definida da memória capaz de
armazenar uma variável de determinado
tipo.Exemplo:
real:*p1
inteiro:*p2
literal: *p3
aloque(p1)
aloque (p2)
aloque (p3)
Ponteiros ou Apontadores

Exemplo 1:
inteiro:*p2
aloque(p2)
*p2 ←‘ a’ (errado)
*p2 ←5 (certo)
Ponteiros ou Apontadores

Exemplo 2:
inteiro:*p2
*p2 ←5 (erro, o ponteiro não foi alocado)

No seguinte exemplo atribuimos o valor nulo para
um ponteiro, a fim de indicar que ainda não foi
alocado espaço para ele.
real:*ap1
ap1 ←NULO
Ponteiros ou Apontadores
Exemplo 3:
inteiro: *p2
aloque (p2)
*p2 ←5
libere (p2)
Ponteiros ou Apontadores

Exemplo 4:
Inteiro:x, *p,*q
x← 1
p ← &x
*q ← 3
q← p
*q ← *p + 1
escreva(*p)

Teste de
mesa inicial
p
x
lixo
lixo
q
lixo
Ponteiros ou Apontadores

Exemplo 4:
Inteiro:x, *p,*q
x← 1
p ← &x
*q ← 3
q← p
*q ← *p + 1
escreva(*p)
p
lixo
q
lixo
x
1
Ponteiros ou Apontadores

Exemplo 4:
Inteiro:x, *p,*q
x← 1
p ← &x
*q ← 3
q← p
*q ← *p + 1
escreva(*p)
p
x
1
q
lixo
Ponteiros ou Apontadores

Exemplo 4:
Inteiro:x, *p,*q
x← 1
p ← &x
*q ← 3
q← p
*q ← *p + 1
escreva(*p)
p
x
1
q
lixo
ERRO, q aponta para lixo
Ponteiros ou Apontadores

Exemplo 4:
Inteiro:x, *p,*q
x← 1
p ← &x
*q ← 3
q← p
*q ← *p + 1
escreva(*p)
p
x
1
q
Ponteiros ou Apontadores

Exemplo 4:
Inteiro:x, *p,*q
x← 1
p ← &x
*q ← 3
q← p
*q ← *p + 1
escreva(*p)
p
x
2
q
Ponteiros ou Apontadores

Exemplo 4:
Inteiro:x, *p,*q
x← 1
p ← &x
*q ← 3
q← p
*q ← *p + 1
escreva(*p)
p
x
2
q
Resultado = 2
Ponteiros ou Apontadores
Exemplo 4:
Alocação dinâmica
Inteiro:*p,*q
aloque(p)
*p ← 1
q← p
*q ← *p + 1
escreva(*p)
libere(p)


Teste de
mesa inicial
p
lixo
q
lixo
Ponteiros ou Apontadores
Exemplo 4:
Alocação dinâmica
Inteiro:*p,*q
aloque(p)
*p ← 1
q← p
*q ← *p + 1
escreva(*p)
libere(p)

lixo
q
Ponteiros ou Apontadores
Exemplo 4:
Alocação dinâmica
Inteiro:*p,*q
aloque(p)
*p ← 1
q← p
*q ← *p + 1
escreva(*p)
libere(p)

lixo
q
Ponteiros ou Apontadores
Exemplo 4:
Alocação dinâmica
Inteiro:*p,*q
aloque(p)
*p ← 1
q← p
*q ← *p + 1
escreva(*p)
libere(p)

p
1
q
lixo
Ponteiros ou Apontadores
Exemplo 4:
Alocação dinâmica
Inteiro:*p,*q
aloque(p)
*p ← 1
q← p
*q ← *p + 1
escreva(*p)
libere(p)

p
1
q
Ponteiros ou Apontadores
Exemplo 4:
Alocação dinâmica
Inteiro:*p,*q
aloque(p)
*p ← 1
q← p
*q ← *p + 1
escreva(*p)
libere(p)

p
2
q
Ponteiros ou Apontadores
Exemplo 4:
Alocação dinâmica
Inteiro:*p,*q
aloque(p)
*p ← 1
q← p
*q ← *p + 1
escreva(*p)
libere(p)

p
2
q
Resultado = 2
Ponteiros ou Apontadores
Exemplo 4:
Alocação dinâmica
Inteiro:*p,*q
aloque(p)
*p ← 1
q← p
*q ← *p + 1
escreva(*p)
libere(p)

Ponteiros ou Apontadores
Exemplo 4:
Alocação dinâmica
Inteiro:*p,*q
aloque(p)
*p ← 1
q← p
*q ← *p + 1
escreva(*p)
libere(p)

Para evitar accidentes
acrescente:
q ← nulo
p ← nulo
Ponteiros ou Apontadores
Exemplo 5:
Tipo reg: registro
real:valor
reg:*pont
Fim_Registro
reg:*p,*q,x,x1
x.valor ←10.5
p ←&x
x.pont ←&x1


Teste de
mesa inicial
p
lixo
q
lixo
Ponteiros ou Apontadores
Exemplo 5:
Tipo reg: registro
real:valor
reg:*pont
Fim_Registro
reg:*p,*q,x,x1
x.valor ←10.5
p ←&x
x.pont ←&x1

p
lixo
q
lixo
Ponteiros ou Apontadores
Exemplo 5:
Tipo reg: registro
real:valor
reg:*pont
Fim_Registro
reg:*p,*q,x,x1
x.valor ←10.5
p ←&x
x.pont ←&x1
x1.valor ← 0,2
q ← x.pont
x1.pont ← NULO

p
lixo
Usamos o símbolo
Para indicar que o ponteiro
aponta para nulo
Ponteiros ou Apontadores
p
escreva(*p.valor)
escreva(*q.valor)
escreva(*p.*pont.valor)
escreva(x.valor)
escreva(x.*pont.valor)
escreva(x1.valor)
Ponteiros ou Apontadores
p
escreva(*p.valor)
escreva(*q.valor)
escreva(*p.*pont.valor)
escreva(x.valor)
escreva(x.*pont.valor)
escreva(x1.valor)
10,5
0,2
0,2
10,5
0,2
0,2
Ponteiros ou Apontadores
Exercícios:
(1) Qual é a saída de c em
inteiro *p,*q,a,b,c
a ←1
b ←2
p ← &a
q ← &b
c ← *p + *q
Ponteiros ou Apontadores
Exercícios:
(2) Qual é a saída de c em
inteiro *p, **r,a,c,b
a ←1
b ←2
p ← &a
r ← &p
c ← **r + b
(3) Obtenha a saída do algoritmo anterior
fazendo com que p e q sejam alocadas
dinamicamente. Não use x nem x1.
Ponteiros ou Apontadores
Exercícios:
(4) Por que o algoritmo abaixo está errado?
procedimento troca (inteiro: *i, *j)
inteiro *temp
Início
*temp ← *i
*i ← *j
*j ← *temp
Fim
Ponteiros ou Apontadores
(5) Dado o seguinte algoritmo, complete as
Tabelas 1 e 2.
inteiro: i, j, *p_1, *p_2, **p_p_1, **p_p_2
i←4
j←5
p_1 ← &i
p_2 ← &j
p_p_1 ← &p_2
p_p_2 ← &p_1
(6)
Ponteiros ou Apontadores
Vamos criar os seguintes procedimentos:
 leCoordenada3D(Coordenada3d *f);: lê dados
de um ponto no espaço tridimensional com
coordenadas (x,y,z) passada como ponteiro.
(Por quê como ponteiro?)
 imprimeCoordenada3D(Coordenada3d f);
Imprime coordenadas de um ponto no espaço
tridimensional.
O programa principal que requeira a leitura de 5
pontos no espaço tridimensional.
(7) Refaça o exercício 6 considerando um vetor
de pontos tridimensionais de tamanho dinâmico
(use aloque).