Endereços e ponteiros

Os conceitos de endereço e ponteiro são fundamentais em qualquer linguagem de programação (embora sejam mais visíveis em C que em outras linguagens).  O conceito de ponteiro é muito útil mas difícil; seu domínio exige um certo esforço.

Veja o verbete Pointer na Wikipedia.

Endereços

Cada objeto na memória do computador ocupa um certo número de bytes consecutivos. No meu computador, um char ocupa 1 byte, um int ocupa 4 bytes e um double ocupa 8 bytes

Cada objeto na memória do computador tem um endereço. Na maioria dos computadores, o endereço de um objeto é o endereço do seu primeiro byte. Por exemplo, depois das declarações

   char c;
   int i;
   struct {
      int x, y;
   } ponto;
   int v[4];

os endereços das variáveis poderiam ser

c		89421
i		89422
ponto		89426
v[0]		89434
v[1]		89438
v[2]		89442

(o exemplo é fictício).  O endereço de uma variável é dado pelo operador  &.  (Não confunda esse uso de "&" com o operador lógico and, que em C se escreve "&&".)  Se  i  é uma variável então  &i  é o seu endereço.  No exemplo acima,   &i   vale  89422   e   &v[3]  vale  89446.

Exemplo:  O segundo argumento da função de biblioteca scanf é o endereço da posição na memória onde devem ser depositados os objetos lidos no dispositivo padrão de entrada:

   int i;
   scanf( "%d", &i);

Ponteiros

Um ponteiro (= apontador = pointer) é um tipo especial de variável que armazena endereços.  Um ponteiro pode ter o valor especial

   NULL

que não é o endereço de lugar algum.  A constante NULL está definida no arquivo-interface stdlib e seu valor é 0 na maioria dos computadores. 

Se um ponteiro p armazena o endereço de uma variável i, podemos dizer "p aponta para i" ou "p é o endereço de i"  (querendo dizer "o ponteiro p aponta para i" no primeiro caso e "o valor de p é o endereço de i" no segundo).  Se um ponteiro p tem valor diferente de NULL então

   *p

é o valor do objeto apontado por p.  (Não confunda esse uso de "*" com o operador de multiplicação!)  Por exemplo, se i é uma variável e p é igual a &i então dizer "*p" é o mesmo que dizer "i".

Figura esquerda:  um ponteiro p, armazenado no endereço 90001, contém o endereço de um inteiro.  Figura direita:  representação esquemática da situação.

Há vários tipos de ponteiros: ponteiros para caracteres, ponteiros para inteiros, ponteiros para ponteiros para inteiros, ponteiros para registros etc.  O computador faz questão de saber de que tipo de ponteiro você está falando. Para declarar um ponteiro p para um inteiro, diga

   int *p;

Para declarar um ponteiro p para um registro cel, diga

   struct cel *p;

Um ponteiro r para um ponteiro que apontará um inteiro é declarado assim:

   int **r;

Exemplos

Suponha que a, b e c são variáveis inteiras. Eis um jeito bobo de fazer  "c = a+b":

int *p;        /* p é um ponteiro para um inteiro */
int *q; 
p = &a;        /* o valor de p é o endereço de a */
q = &b;        /* q aponta para b */
c = *p + *q;

Outro exemplo bobo:

int *p;  
int **r;       /* r é um ponteiro para um ponteiro para um inteiro */
p = &a;        /* p aponta para a */
r = &p;        /* r aponta para p e *r aponta para a */
c = **r + b;

Aplicação

Suponha que precisamos de uma função que troque os valores de duas variáveis inteiras, digamos i e j.  É claro que a função

void troca( int i, int j) /* errado! */
{
   int temp;
   temp = i; i = j; j = temp;
}

não produz o efeito desejado, pois recebe apenas os valores das variáveis e não as variáveis propriamente ditas.  A função recebe "cópias" das variáveis e troca os valores dessas cópias, enquanto as variáveis "originais" permanecem inalteradas.  Para obter o efeito desejado, é preciso passar à função os endereços das variáveis:

void troca( int *p, int *q)
{
   int temp;
   temp = *p; *p = *q; *q = temp;
}

Para aplicar a função às variáveis i e j basta dizer

troca( &i, &j);

ou ainda

int *p, *q;
p = &i;
q = &j;
troca( p, q);

Exercícios

Vetores e endereços

Os elementos de qualquer vetor (= array) têm endereços consecutivos na memória do computador.  [Na verdade, os endereços não são consecutivos, pois cada elemento do vetor pode ocupar vários bytes. Mas o compilador C acerta os detalhes internos de modo a criar a ilusão de que a diferença entre os endereços de elementos consecutivos vale 1.]  Por exemplo, depois da declaração

   int *v;
   v = malloc( 100 * sizeof (int));

o ponteiro v aponta o primeiro elemento de um vetor de 100 elementos. O endereço do segundo elemento do vetor é v+1 e o endereço do terceiro elemento é v+2.  Se i é uma variável do tipo int então

v + i

é o endereço do (i+1)-ésimo elemento do vetor.  A propósito, as expressões  v + i  e  &v[i]  têm exatamente o mesmo valor e portanto as atribuições

   *(v+i) = 87;
   v[i] = 87;

têm o mesmo efeito.  Analogamente, qualquer dos fragmentos de código abaixo pode ser usado para "carregar" o vetor v:

   for (i = 0; i < 100; ++i)  scanf( "%d", &v[i]);
   for (i = 0; i < 100; ++i)  scanf( "%d", v + i);

Todas essas considerações também valem se o vetor for alocado pela declaração

   int v[100];

mas nesse caso v é uma espécie de "ponteiro constante", cujo valor não pode ser alterado.

Exercícios