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 ‹= right; i++)

if (strcmp(v[i], v[left]) ‹ 0)

swap(v, ++last, i);

swap(v, left, last);

qsort(v, left, last-1);

qsort(v, last+1, right);

}

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?