Массивы указателей; указатели указателей

Так как указатели сами являются переменными, то вы впол-

не могли бы ожидать использования массива указателей. Это

действительно так. Мы проиллюстрируем это написанием прог-

раммы сортировки в алфавитном порядке набора текстовых

строк, предельно упрощенного варианта утилиты SORT операци-

онной систем UNIX.

В главе 3 мы привели функцию сортировки по шеллу, кото-

рая упорядочивала массив целых. Этот же алгоритм будет рабо-

тать и здесь, хотя теперь мы будем иметь дело со строчками

текста различной длины, которые, в отличие от целых, нельзя

сравнивать или перемещать с помощью одной операции. Мы нуж-

даемся в таком представлении данных, которое бы позволяло

удобно и эффективно обрабатывать строки текста переменной

длины.

Здесь и возникают массивы указателей. Если подлежащие

сортировке сроки хранятся одна за другой в длинном символь-

ном массиве (управляемом, например, функцией ALLOC), то к

каждой строке можно обратиться с помощью указателя на ее

первый символ. Сами указатели можно хранить в массиве. две

строки можно сравнить, передав их указатели функции STRCMP.

Если две расположенные в неправильном порядке строки должны

быть переставлены, то фактически переставляются указатели в

массиве указателей, а не сами тексты строк. Этим исключаются

сразу две связанные проблемы: сложного управления памятью и

больших дополнительных затрат на фактическую перестановку

строк.

Процесс сортировки включает три шага:

чтение всех строк ввода

их сортировка

вывод их в правильном порядке

Как обычно, лучше разделить программу на несколько функций в

соответствии с естественным делением задачи и выделить веду-

щую функцию, управляющую работой всей программы.

Давайте отложим на некоторое время рассмотрение шага сорти-

ровки и сосредоточимся на структуре данных и вводе-выводе.

Функция, осуществляющая ввод, должна извлечь символы каждой

строки, запомнить их и построить массив указателей строк.

Она должна также подсчитать число строк во вводе, так как

эта информация необходима при сортировке и выводе. так как

функция ввода в состоянии справиться только с конечным чис-

лом вводимых строк, в случае слишком большого их числа она

может возвращать некоторое число, отличное от возможного

числа строк, например -1. Функция осуществляющая вывод, дол-

жна печатать строки в том порядке, в каком они появляются в

массиве указателей.

#DEFINE NULL 0

#DEFINE LINES 100 /* MAX LINES TO BE SORTED */

MAIN() /* SORT INPUT LINES */

\(

CHAR *LINEPTR[LINES]; /*POINTERS TO TEXT LINES */

INT NLINES; /* NUMBER OF INPUT LINES READ */

IF ((NLINES = READLINES(LINEPTR, LINES)) >= 0) \(

SORT(LINEPTR, NLINES);

WRITELINES(LINEPTR, NLINES);

\)

ELSE

PRINTF("INPUT TOO BIG TO SORT\N");

\)

#DEFINE MAXLEN 1000

READLINES(LINEPTR, MAXLINES) /* READ INPUT LINES */

CHAR *LINEPTR[]; /* FOR SORTING */

INT MAXLINES;

\(

INT LEN, NLINES;

CHAR *P, *ALLOC(), LINE[MAXLEN];

NLINES = 0;

WHILE ((LEN = GETLINE(LINE, MAXLEN)) > 0)

IF (NLINES >= MAXLINES)

RETURN(-1);

ELSE IF ((P = ALLOC(LEN)) == NULL)

RETURN (-1);

ELSE \(

LINE[LEN-1] = '\0'; /* ZAP NEWLINE */

STRCPY(P,LINE);

LINEPTR[NLINES++] = P;

\)

RETURN(NLINES);

\)

Символ новой строки в конце каждой строки удаляется, так что

он никак не будет влиять на порядок, в котором сортируются

строки.

WRITELINES(LINEPTR, NLINES) /* WRITE OUTPUT LINES */

CHAR *LINEPTR[];

INT NLINES;

\(

INT I;

FOR (I = 0; I < NLINES; I++)

PRINTF("%S\N", LINEPTR[I]);

\)

Существенно новым в этой программе является описание

CHAR *LINEPTR[LINES];

которое сообщает, что LINEPTR является массивом из LINES

элементов, каждый из которых - указатель на переменные типа

CHAR. Это означает, что LINEPTR[I] - указатель на символы, а

*LINEPTR[I] извлекает символ.

Так как сам LINEPTR является массивом, который передает-

ся функции WRITELINES, с ним можно обращаться как с указате-

лем точно таким же образом, как в наших более ранних приме-

рах. Тогда последнюю функцию можно переписать в виде:

WRITELINES(LINEPTR, NLINES) /* WRITE OUTPUT LINES */

CHAR *LINEPTR[];

INT NLINES;

\(

INT I;

WHILE (--NLINES >= 0)

PRINTF("%S\N", *LINEPTR++);

\)

здесь *LINEPTR сначала указывает на первую строку; каждое

увеличение передвигает указатель на следующую строку, в то

время как NLINES убывает до нуля.

Справившись с вводом и выводом, мы можем перейти к сор-

тировке. программа сортировки по шеллу из главы 3 требует

очень небольших изменений: должны быть модифицированы описа-

ния, а операция сравнения выделена в отдельную функцию. Ос-

новной алгоритм остается тем же самым, и это дает нам опре-

деленную уверенность, что он по-прежнему будет работать.

SORT(V, N) /* SORT STRINGS V[0]... V[N-1] */

CHAR *V[]; /* INTO INCREASING ORDER */

INT N;

\(

INT GAP, I, J;

CHAR *TEMP;

FOR (GAP = N/2; GAP > 0; GAP /= 2)

FOR (I = GAP; I < N; I++)

FOR (J = I - GAP; J >= 0; J -= GAP) \(

IF (STRCMP(V[J], V[J+GAP]) <= 0)

BREAK;

TEMP = V[J];

V[J] = V[J+GAP];

V[J+GAP] = TEMP;

\)

\)

Так как каждый отдельный элемент массива V (имя формального

параметра, соответствующего LINEPTR) является указателем на

символы, то и TEMP должен быть указателем на символы, чтобы

их было можно копировать друг в друга.

Мы написали эту программу по возможности более просто с

тем, чтобы побыстрее получить работающую программу. Она мог-

ла бы работать быстрее, если, например, вводить строки не-

посредственно в массив, управляемый функцией READLINES, а не

копировать их в LINE, а затем в скрытое место с помощью фун-

кции ALLOC. но мы считаем, что будет разумнее первоначальный

вариант сделать более простым для понимания, а об "эффектив-

ности" позаботиться позднее. Все же, по-видимому, способ,

позволяющий добиться заметного ускорения работы программы

состоит не в исключении лишнего копирования вводимых строк.

Более вероятно, что существенной разницы можно достичь за

счет замены сортировки по шеллу на нечто лучшее, например,

на метод быстрой сортировки.

В главе 1 мы отмечали, что поскольку в циклах WHILE и

FOR проверка осуществляется до того, как тело цикла выпол-

нится хотя бы один раз, эти циклы оказываются удобными для

обеспечения правильной работы программы при граничных значе-

ниях, в частности, когда ввода вообще нет. Очень полезно

просмотреть все функции программы сортировки, разбираясь,

что происходит, если вводимый текст отсутствует.