1. C programming Lecture 8 – pointers
Based on slides designed by Shay Artsi, Aythan Avior, Gitit Rockstein and Saher Ismir for the department of Computer Science, Technion, Israel Institute of Technology
Translated and updated by Anne Weill-Zrahia
נכתב על-ידי טל כהן, נערך ע"י איתן אביאור. © כל הזכויות שמורות לטכניון – מכון טכנולוגי לישראל

2. Motivation : swap places
We want to exchange the contents of variables x and y .
We will do this buy defining a new variable temp
int x, y, temp;
temp = x;
x = y;
y = temp;
7 הרצאה
מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©

3. מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©
Let’s assume now that this operation is performed several times in the code and that we wish to define a function for it.
void swap(int a, int b) {
int temp = a;
a = b;
b = temp; } …
swap(x, y);
This will not give the requested effect (why?)
7 הרצאה
מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©

4. Parameter passing to a function – by value
In C the value of the argument is passed to a function, this is called passing by value.
When a variable is passed to the function, a copy of this variable is passed in fact
Even if the function changes its copy , this will not affect the varialb in main program
void swap(int a, int b) {
int temp = a;
a = b;
b = temp; }
int main()
int x = 5, y = 7;
swap(x,y); a b
temp 7 ? 5 5 7 ? ? 5
What can we do ? x y 5 7
7 הרצאה
מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©

5. Example 2 : function for fraction addition
Motivation : write a function which receives 4 values x1, y1, x2, y2. and returns
In fact it will return 2 values a & b so that
Problem : the function returns a single value :
7 הרצאה
מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©

6. Addresses of variables in main memory:
Address of x {
double x;
int d;
char c;
... }
Address of d
Address of c
1000
1001
1002
1003
1004
1005
1006
1007
1008
1009
1010
1011 x y c
7 הרצאה
מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©

7. Addresses, pointer, the operator &
&a is the address of a in main memory
The operator & is applied to memory cells in main memory
The operator * is the opposite of &.
int * is a declaration of the address of a variable of type int
Same for float,char etc.
A variable declared as type * is called a pointer
7 הרצאה
מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©

8. מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©
Examples of pointer
Memory
1004
1000 ? p
int y;
int a = 3;
int *p;
p = &a;
1000 3 a
996 ? y
char c;
char *cp1, *cp2 = &c;
double *dp, *dq;
double x;
dp = dq = &x;
7 הרצאה
מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©

9. מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©
Pointers – cont.
It s not permitted to mix kinds of pointers
It is permitted to perform a casting (provided one knows what one is doing)
Pointers to functions exist in C , but are not in the scope of this course.
int *p;
double a;
p = &a;  
p = (int *)&a;
7 הרצאה
מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©

10. Pointers and operator *
The operator * is the opposite of & and denotes:
*p denotes “contents of p” where p is a pointer
Memory
int y;
int a = 3;
int *p;
p = &a;
y = *p;
*p = 7;
1004 ?
1000 p
1000 3 7 a
996 ? 3 y
7 הרצאה
מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©

11. Examples with pointers
int i = 3, j = 5,
*p = &i, *q = &j, *r;
double x;
Expression
Equivalence
Value
p == &i
p == (& i) 1
* * & p
* (* (& p))) 3
r = & x
r = (& x)
/* ? */
7 * * p / * q + 7
((7 * (*p))) / (*q)) + 7 11
* (r = & j) *= * p
(* (r = (& j))) *= (* p) 15
7 הרצאה
מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©

12. Passing pointers to functions
void swap(int * a, int * b) {
int temp = *a;
*a = *b;
*b = temp; }
int main(void)
int x = 5, y = 7;
swap(&x, &y);
...
Memory
*נתעלם מכתובת חזרה וכו' על המחסנית
1040 5 ?
temp
1036 ?
1004 b
1032 ?
1000 a
1004 5 7 y
1000 7 5 x
7 הרצאה
מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©

13. Pointers as parameters
void swap(int * a, int * b) {
int temp = *a;
*a = *b;
*b = temp; }
int main()
int a, b, c = 1, d = 2;
int *p = &b;
scanf("%d %d", &a, p);
...
swap(&a, &c);
swap(p, &d);
scanf will update a memory location (store there a value which is read from input) therefore it needs a parameter of type pointer
Why not &?
7 הרצאה
מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©

14. Example :Function to simplify a fraction
Data: numerator and denominator
Goal : Update both variable so that they represent the simplified fraction :
void reduce(int * x, int * y);
Parameters are used both for in and out.
int a, b;
...
reduce(&a, &b)
7 הרצאה
מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©

15. Example – simplification of fractions
int gcd(int, int);
void reduce(int *　p_numerator, int *　p_denominator) {
int 　g = gcd(*p_numerator, *p_denominator);
if　　　　(　g > 1　) {
*p_numerator /= g;
*p_denominator /= g; }
7 הרצאה
מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©

16. Example : addition of 2 fractions
Data : 4 values representing 2 fractions.
Goal: compute a and b such that
החתימה של הפונקציה:
void add(int * a, int * b,
int x1, int y1,
int x2, int y2);
x1, y1, x2, y2 are passed by value
A,b are passed by reference and are exit parameters. \.
int n, m, a1, b1;
...
add(&n, &m, a1, b1, 5, 10)
What will happen if the 2 first parameters are passed by value?
7 הרצאה
מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©

17. Implementation int gcd(int, int); void reduce(int *x, int *y);
int lcm(int, int); // Least Common Multiplier
void add(int *pa, int *pb,
int a1, int b1,
int a2, int b2) {
*pb = lcm(b1, b2);
*pa = a1 * (*pb / b1) + a2 * (*pb / b2);
reduce(pa, pb); }
int lcm(int n, int m)
return n / gcd(n,m) * m;
Order of arithmetic operations to avoid overflow
7 הרצאה
מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©

18. Passing parameters methods
By value
Simpler syntax
Prevents unwanted change of the variable in calling function
Entry parameter
Single return value
By address (or by reference)
More efficient in cases where creation of actual parameter is space consuming
Parameters are in, out or in-out
Parameters can be changed in calling program
This latter can be avoided by using const to declare the parameter
const int * p
7 הרצאה
מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©

19. מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©
The NULL pointer
0 (zero) is a valid value for a pointer
Therefore to describe a “zero” pointer there is a bit combination which does not represent any address
The NULL pointer is defined in stdio.h as 0
Setting a pointer to NULL means that it is empty, or that is does not contain a valid address in memory
int *p = NULL;
*p = 7; /* what will happen? */
7 הרצאה
מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©

20. מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©
Simple sort
Goal : sort 2 numbers of type double.
Method : write a function called swap_double which will exchange the 2 values if not in right order
Algorithm:
if (b < a) swap_double(&a, &b);
Prototype of the function:
sort2(double *x, double *y);
7 הרצאה
מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©

21. Sorting 2 numbers void swap_double(double* x, double* y) {
double temp = *x;
*x = *y;
*y = temp; }
void sort2(double* a, double* b)
if (b < a) {
swap_double(a, b);
There is a bug in sort2 – can you find it?
Attention: this bug will not be discovered in compilation, nor runtime, just give wrong answers
This is the worst type of bug – appears when making a demonstration to the boss ….
7 הרצאה
מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©

22. Sorting 2 numbers - correction
void swap_double(double* x, double* y) {
double temp = *x;
*x = *y;
*y = temp; }
void sort2(double* a, double* b)
if (*b < *a) {
swap_double(a, b);
מדוע אין צורך לשנות את הקריאה ל-swap?
7 הרצאה
מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©

23. Conclusion and question
How can we implement a function which sorts 4 numbers, using our sort2?
Prototype:
Calling sequence
Goal (after calling the function): x ≤ y ≤ z ≤ w.
sort4(double * a, double * b, double * c, double * d);
sort4(&x, &y, &z, &w);
7 הרצאה
מבוא למחשב בשפת .C כל הזכויות שמורות ©