Способы изменения значений переменных

Из урока 9 вы узнали, как разделить ваши программы на небольшие легко управляемые части, называемые функциями. Как вы уже знаете, программы могут передавать информацию (параметры) функциям. Представленные в уроке 9 программы использовали или выводили значения параметров, но не меняли их. Из этого урока вы узнаете, как изменить значение параметра в функции. Вы обнаружите, что для изменения параметров в функции фактически требуется больше шагов, чем можно предположить. Однако этот урок обучит вас всем шагам, которые необходимо знать. К концу данного урока вы освоите следующие основные концепции:

• Если функция не использует указатели или ссылки, она не может изменить значение параметра.

• Для изменения значения параметра функция должна знать адрес параметра в памяти.

• Оператор адреса C++ (&) позволяет вашей программе определить адрес переменной в памяти.

• Когда ваша программа узнает адрес памяти, она сможет использовать операцию разыменования C++ (*) для определения значения, хранимого по данному адресу.

• Если программе нужно изменить значение параметров функции, программа передает в функцию адрес параметра.

Изменение значения параметра функции представляет собой обычную операцию. Экспериментируйте с программами, представленными в этом уроке, чтобы убедиться, что вы полностью освоили этот процесс.

ПОЧЕМУ ФУНКЦИИ ОБЫЧНО НЕ МОГУТ ИЗМЕНИТЬ ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

Следующая программа NOCHANGE.CPP передает два параметра с именами big и small в функцию display_values. Функция display_values, в свою очередь, присваивает обоим параметрам число 1001 и затем выводит значение каждого параметра. Когда функция завершается, программа возобновляется и выводит значения этих же параметров:

void display_values(int a, int b)

<
int big = 2002, small = 0;
cout display_values(big, small);
cout >

Когда вы откомпилируете и запустите эту программу, на экране появится следующий вывод:

Значения до функции 2002 и 0

Значения в функции display_values равны 1001 и 1001

Значения после функции 2002 и 0

Как видите, значения параметров в функции display_values были изменены (1001). Однако после завершения функции значения переменных big и small в main остались прежними. Чтобы понять, почему изменение параметров не повлияло на переменные big и small в main, вам необходимо понять, как C++ передает параметры в функции.

Когда ваши программы передают параметр в функцию, то по умолчанию С++ делает копию значения параметра и помещает эту копию во временный участок памяти, называемый стеком. Затем функция использует копию значения для выполнения своих операций. Когда функция завершается, C++ сбрасывает содержимое стека и все изменения, сделанные функцией в копиях эначений параметра.

Как вы знаете, переменная представляет собой имя, присваиваемое вашей программой ячейке памяти, которая хранит значение определенного типа. Предположим, например, что переменные big и small находятся в ячейках памяти 10 и 12. Если вы передадите переменные в функцию display_values, C++ поместит копии значений этих переменных в стек. На рис. 10.1 показано, что далее функция display_values будет использовать копии значений переменных.

Рис. 10.1. C++ размещает копии значений параметров во временном участке памяти, называемом стеком.

Как видите, функция display_values может обращаться к содержимому стека, в котором находятся копии значений 2002 и 0. Так как функция display_values ничего не знает о ячейках памяти big и small (адреса 10 и 12), функция не может изменить реальные значения переменных.

Почему функции C++ обычно не могут изменить значения параметров

Когда вы передаете параметры в функцию, C++ размещает копии значений параметров во временном участке памяти, называемом стеком. Любые изменения, выполняемые функцией над параметрами, проявляются только внутри стека. Когда функция завершается, C++ сбрасывает содержимое стека вместе с любыми изменениями, которые функция произвела в параметрах. Поскольку функция не знает адрес памяти параметра, она не может изменить его значение.

ИЗМЕНЕНИЕ ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРА

Для изменения значения параметра функция должна знать адрес памяти параметра. Чтобы сообщить функции адрес параметра, ваши программы должны использовать оператор адреса C++ (&). Следующий вызов функции иллюстрирует, как программа будет использовать оператор адреса для передачи адресов переменных big и small в функцию change_values:

change_values ( &big, &small ); —> Передача параметров по адресу

Внутри функции вы должны сообщить C++ , что программа будет передавать параметры с помощью адреса. Для этого вы объявляете переменные-указатели, предваряя имя каждой переменной звездочкой, как показано ниже:

void сhange_values ( int. *big, int. *small ) —> Указатель на тип int

Переменная-указатель представляет собой переменную, которая содержит адрес памяти. Внутри функции вы должны сообщить C++ , что функция работает с адресом параметра. Для этого вы предваряете имя параметра звездочкой, как показано ниже:

*big = 1001;
*small = 1001;

Следующая программа CHGPARAM.CPP использует оператор адреса для передачи адресов параметров big и small в функцию change_values. Функция, в свою очередь, использует указатели участков памяти параметров. Следовательно, изменения параметров, сделанные функцией, остаются и после завершения функции:

void change_values (int *a, int *b)

<
int big = 2002, small = 0;
cout cout >

Когда вы откомпилируете и запустите эту программу, на экране появится следующий вывод:

Значения перед функцией 2002 и 0

Значения в функции display_values равны 1001 и 1001

Значения после функции 1001 и 1001

Как видите, значения, которые функция change_values присваивает параметрам, остаются и после завершения функции. Чтобы понять, почему изменения, которые функция выполнила над переменными, остались после ее завершения, необходимо вспомнить, что функция имеет доступ к ячейке памяти каждой переменной. Если вы передаете параметры по адресу, C++ помещает адрес каждой переменной в стек, как показано на рис. 10.2.

Рис. 10.2. Передача параметров по адресу.

Используя указатели (адреса памяти) внутри функции, change_values может обратиться к памяти по адресу каждого параметра, изменяя значения параметров, что и требуется.

Изменение значений параметров в функциях

Для изменения значения параметра в функции, функция должна знать адрес параметра в памяти. Следовательно, ваша программа должна передать адрес параметра с помощью оператора адреса C++ :

Внутри функции вы должны сообщить C++ , что функция будет работать с адресом памяти (указателем). Для этого при объявлении вы предваряете имя параметра звездочкой:

void some_function(int *some_variable);

Далее внутри функции вы должны употреблять звездочку перед именем переменной:

Во избежание ошибок C++ не позволит вашей программе передать адрес переменной в функцию, которая не ожидает указатль в качестве параметра. Кроме того, C++ обычно генерирует предупреждение компилятора, когда ваша программа пытается передать значение в функцию, которая ожидает указатель в качестве параметра.

Второй пример

Если ваша программа передает указатели на параметры, параметры могут быгь любого типа, например int, float или char. Функция, которая использует указатели, объявляет переменные соответствующего типа, предваряя имя каждой переменной звездочкой, подтверждающей, что такая переменная является указателем. Следующая программа SWAPVALS.CPP передает адреса двух параметров типа float в функцию swap_values. Функция в свою очередь использует указатели на каждый параметр, чтобы обменять значения параметров:

void swap_values(float *a, float *b)

<
float big = 10000.0;
float small = 0.00001;
swap_values(&big, &small);
cout cout >

Как видите, программа передает параметры в функцию swap_values по адресу. Внутри функции программа использует указатели на ячейки памяти параметров. Давайте более внимательно посмотрим на действия внутри функции swap_va lues. Как видите, функция объявляет а и b как указатели на значения типа float:

Однако функция объявляет переменную temp просто как float, а не как указатель на float. float temp;

Рассмотрим следующий оператор:

Этот оператор побуждает C++ присвоить переменной temp значение указываемое переменной а (т. е. значение переменной big, равное 10000.0). Поскольку temp имеет тип float, присваивание корректно. Переменная-указатель представляет собой переменную, которая хранит адрес. Следующий оператор объявляет temp как указатель на ячейку памяти, содержащую значение типа float.

В данном случае temp может хранить адрес значения с плавающей точкой но не само значение.

Если вы удалите оператор разыменования (*), стоящий перед переменной а внутри присваивания, то оператор будет пытаться присвоить значение, хранимое в а (которое является адресом), переменной temp. Поскольку temp может содержать значение с плавающей точкой, но не адрес значения с плавающей точкой, возникнет ошибка.

Не беспокойтесь, если вы не можете свободно обращаться с указателями, вы будете изучать их более подробно в части 3. На настоящий момент, однако, просто поймите, что, если хотите изменить в ваших функциях значения параметров, вы должны использовать указатели.

Использование ассемблерных листингов для лучшего понимания работы компилятора

Лучшим способом понять, как компилятор C++ трактует указатели, является исследование ассемблерного вывода компилятора. Большинство компиляторов C++ обеспечивают ключ командной строки, который вы можете использовать, чтобы указать компилятору выводить ассемблерный листинг. Читая ассемблерный листинг, вы можете лучше понять, как компилятор использует стек, когда передает параметры в функцию.

ЧТО ВАМ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ

Из данного урока вы узнали, как изменить значение параметра внутри фун кции. Для этого ваши функции должны использовать указатели. Сначала вы можете найти указатели слишком сложными. Из урока 14 вы узнаете, как использовать ссылки C++ , которые упрощают процесс изменения параметров внутри функции. Однако, поскольку многие программисты С используют указатели для изменения параметров, вам необходимо знать и такой вариант программирования.

Из урока 11 вы выясните, как функции библиотеки этапа выполнения, обеспечиваемые компилятором C++ , могут ускорить программирование, позволяя быстро разрабатывать сложные программы. Однако до изучения урока 11 убедитесь, что вы освоили следующие основные Концепции:

Пока вы не используете указатели или ссылки C++ , функция не может изменить значение параметра.
Когда ваша программа передает параметр в функцию, C++ помещает копию значения параметра во временный участок памяти, называемый стеком. Любые изменения, которые функция осуществляет над параметром, влияют только на эту копию, расположенную в стеке.
Для изменения значения параметра функция должна знать адрес соответствующей переменной.
Используя оператор адреса C++ (&), ваши программы могут передать адрес переменной в функцию.
Когда функция получает адрес переменной, она должна объявить переменную параметра как указатель (предваряя имя переменной звездочкой).
Если функции требуется использовать значение, на которое ссылаются (указывают) по указателю, функция должна предварять имя переменной-указателя звездочкой, т. е. оператором разыменования C++.

Предыдущий урок | Следующий урок

Источник

Пишем код: как поменять местами значения переменных

Что делать, если третью переменную использовать нельзя.

Эта задача — мини-практика для тех, кто уже освоился в программировании и хочет попробовать свои силы в решении настоящих задач.

Представьте такое: вы пишете код для брелока от управления охраной всего дома. Памяти в таких брелоках мало, каждый байт на вес золота. Ваша задача — поменять местами числовые значения в двух переменных:

Например, в переменной A хранится число 3, а в переменной B — число 5.
Нужно сделать так, чтобы в A оказалось 5, а в B — 3.

Как это сделать, если можно использовать только эти две переменные? Третью временную переменную использовать нельзя, чтобы не занимать лишнюю память.

Те, кто только начинают осваивать программирование, могут написать такой код:

Но мы с вами уже сразу видим, в чём здесь ошибка: как только мы напишем A = B, то мы потеряем значение переменной A. Дело в том, что после такого присваивания значение B будет лежать в обеих переменных, и значение A будет уже недоступно. Для проверки запустим код в браузере:

Видно, что значение переменной A потерялось и у нас теперь два одинаковых значения B.

Наша задача — где-то хранить одновременно и A и B, чтобы можно было разложить их по нужным переменным. Проверим, сработает ли этот подход, если у нас всего две переменные.

Положим в переменную A сумму A и B:

A = A + B; // теперь у нас в A лежит сумма, а B по-прежнему хранит своё значение.

Теперь сделаем хитрость: положим в B начальное значение A. Получить его просто — достаточно из суммы, которая сейчас хранится в A, вычесть B:

B = A − B; // сейчас в B появилось старое значение A, которое мы получили вычитанием из общего результата.

Нам осталось вернуть старое значение B. Но раз у нас есть их сумма и уже готовое значение A, мы можем просто вычесть его из суммы и получить B:

A = A − B; // в A появилось старое значение B, которое мы получили из первоначальной суммы.

Проверим наш код в браузере:

Работает!

В следующий раз попробуем задачу посложнее, а пока попробуйте сделать то же самое, но не используя сложение и вычитание. И помните, что памяти в брелоке мало, другие переменные использовать нельзя.

Источник

Обмен значений переменных: разбор популярных способов решения известной задачи с IT-собеседований

Авторизуйтесь

Обмен значений переменных: разбор популярных способов решения известной задачи с IT-собеседований

Самый простой способ взаимно менять значения переменных — использование swap(a, b) или же аналогичного стандартного метода. Тем не менее, важно понимать как работает операция по обмену значений двух переменных, что мы покажем на нескольких примерах.

Для начала продемонстрируем неправильную реализацию и выясним, что в ней не так.

Ошибочная реализация

Если вы попытаетесь выполнить обмен значений этим способом, то увидите, что теперь в обеих переменных хранится значение переменной b . Происходит это ввиду построчного выполнения кода. Первая операция присваивания сохраняет значение переменной b в переменную a . Затем вторая — новое значение a в b , иными словами значение b в b . Таким образом, мы полностью теряем содержание контейнера a .

Теперь обратимся к правильной реализации.

С использованием буфера

Буфером в данном случае называется дополнительная используемая память. Давайте разберёмся зачем она здесь нужна. Если помните, в неправильной реализации мы потеряли значение переменной a после первой операции присваивания, в связи с чем в обеих доступных переменных осталось значение b . Чтобы этого избежать нам понадобится ещё одна переменная — c . В таком случае правильный алгоритм будет выглядеть так:

Для наглядности разберём его пошагово:

Присваиваем переменной c значение переменной a . Сейчас в a записана a , в b — b , а в c — a .
Присваиваем переменной a значение переменной b . Теперь в a хранится b , в b — также b и в c — a .
Присваиваем переменной b значение переменной c . Сейчас в a находится старое значение b , в b — a , ну и в c остаётся a .

Как вы видите, переменная c после выполнения алгоритма не нужна, поэтому далee в программе её можно не использовать и даже вовсе удалить из памяти.

Сразу стоит заметить, что это самое краткое и экономное решение задачи, но можно использовать и больше переменных, не так ли?

Нам повезло, что сейчас вопрос экономии оперативной памяти не стоит так остро, как 20-30 лет назад. Тем не менее, в те времена swap был востребован не меньше, поэтому умные люди нашли способ заменить значения двух переменных без ввода третьей.

Арифметика

Сложение / вычитание

Для лучшего восприятия снова разберём алгоритм построчно:

Присваиваем переменной a сумму значений переменных a и b . Сeйчас в a записано значение a + b , а в b всё ещё b .
Переменной b присваиваем разность между новым значением переменной a и переменной b . В a также хранится a + b , но в b уже a .
Наконец, присваиваем переменной a результат вычитания b из обновлённого значения a . Получается, что в a теперь содержится b , а в b — a .

Для C-подобных языков сокращённая запись этого алгоритма выглядит так:

Умножение / деление

Аналогичный способ решения задачи получается при замене сложения умножением и вычитания делением:

В сокращённом варианте:

Вычитание / Сложение

Вообще, в математике действие вычитания отсутствует и является сложением положительного и отрицательного чисел. Отсюда следует, что мы можем поменять местами операции сложения и вычитания:

Обратите внимание, что в последней строке знак у переменной a изменился, а саму строчку можно записать иначе: a = b — a; .

Такой же принцип можно использовать поменяв местами деление и умножение.

Недостатки арифметического метода

Главным недостатком является большее количество операций, в чём можно убедиться посчитав операции сложения, вычитания и присваивания. Тeм болee, что умножeниe и дeлeниe болee «дорогостящиe». Заметной потеря скорости становится в ситуации, когда трeбуeтся менять значения большого количества пeрeмeнных.

Второй важный нeдостаток это область применения — числа. Согласитесь, менять значения пeрeмeнных, содержащих объeкты попросту нe получится без перегрузки операции. Впрочeм, дажe с числами могут возникнуть проблемы — арифметика для вeщeствeнных чисeл можeт выполняться некорректно, что приведёт к неожиданному результату.

Eстeствeнно, существует и менее очевидный способ рeшeния задачи без использования дополнительной памяти. Он основан на свойствах логических операций и работает с битовым представлением числа, а значит быстрее арифметического метода.

Битовые операции

Данный алгоритм основан на следующем свойстве операции XOR («исключающее или»): a XOR b XOR a = b .

Для любитeлeй коротких записeй приведём код одной строчкой. XOR в C-подобных языках замeняeтся знаком ^ :

Однако помните о точках следования. Из-за них этот код может вести себя непредсказуемо и давать разные результаты, поэтому никогда не используйте его в production коде.

Обязательно посмотрите более подробный разбор решения через битовые операции от Г. Лакмана Макдауэлла, автора известного сборника задач с собеседований, который есть в одной из наших книжных подборок.

Источник