Lab 5 - Ponteiros e structs

Introdução

Podemos dizer que praticamente todos os conceitos vistos até agora são adaptações de conceitos vistos anteriormente em Python e Java. Neste guia, finalmente exploramos alguns conceitos "exclusivos" de C e outras linguagens de baixo nível.

Para introduzir o primeiro deles, vamos começar com uma pergunta.

scanf("%d", &n);

Endereços

Como vimos anteriormente, os conjuntos de variáveis de duas funções diferentes são totalmente separados. Ou seja, no exemplo abaixo,

    void foo(int n) {
        n++;
    }

    int bar() {
        int n = 0;
        foo(n);
        return n;
    }

a função bar devolve 0, pois a variável n de foo é diferente da variável n de bar, apesar das duas terem o mesmo nome.

Cabe enfatizar que é bom que esse seja o comportamento padrão! Geralmente queremos evitar situações nas quais uma função altera variáveis de outra função. Essas situações são conhecidas como efeitos colaterais e costumam ser indesejadas por tornarem o código mais imprevisível, aumentarem a probabilidade de bugs e dificultarem testes.

No entanto, se soubermos muito bem o que estamos fazendo, efeitos colaterais podem ser úteis. O scanf é o exemplo óbvio disso! Então vamos mostrar como permiti-los.

O problema do exemplo anterior é que o nome de uma variável é um identificador local, ou seja, vale apenas dentro do escopo da função na qual a variável foi declarada. Mas a variável também possui um identificador global que é seu endereço. Se uma função sabe o endereço de uma variável, essa variável pode ser modificada pela função mesmo se não foi declarada dentro dela.

Para entender melhor o conceito de endereço, basta pensar na memória como um "vetorzão" e na variável como um elemento desse "vetorzão". O endereço, nessa analogia, seria o índice desse elemento.

E como obtemos o endereço de uma variável? Basta usar o operador unário &. Isso explica o que acontece em relação ao scanf: o que a função recebe não é o valor de uma variável, e sim seu endereço. Assim, ganha o poder de escrever nela o valor digitado pelo usuário. Então lembre-se: sempre que encontrar o símbolo &, leia como se ele fosse a expressão "endereço de".

    &a         // lê-se "endereço de a"
    &b         // lê-se "endereço de b"
    &abobrinha // lê-se "endereço de abobrinha"

Mas para podermos passar endereços para lá e para cá, precisamos de variáveis especiais que guardam endereços. Essas variáveis são conhecidas como apontadores ou ponteiros (pointers em inglês) e indicadas pelo símbolo *. Antes de dar mais detalhes, vamos dar uma dica simples e valiosa em relação a esse símbolo.

A Regra de Ouro

Dizemos que um apontador p aponta para uma variável v se o endereço de v está armazenado em p. Visualmente, podemos representar isso da seguinte forma:

Esta figura é uma representação visual de p apontar para v. Nesse caso, v é uma variável inteira cujo valor é 5 e p é um apontador cujo valor é o endereço de v. Acostume-se com essa representação visual, aliás, pois ela será muito usada em Desafios de Programação!

Mas o que realmente queremos enfatizar aqui é que, a partir dessa terminologia, podemos derivar uma pequena regra que ajuda muito a compreender códigos que usam * no contexto de endereços e apontadores: sempre que encontrar o símbolo *, leia como se ele fosse a expressão "variável apontada por".

Sem contexto essa regra parece estranha, então vamos aos exemplos!

Apontadores

Vamos declarar o apontador p do exemplo acima.

    int *p;

Por que estamos usando int? Porque apontadores em C podem saber o tipo da variável para a qual apontam. Portanto, esse tipo deve estar na declaração. Assim, a combinação de int seguido por * representa a declaração de um apontador para variável inteira.

Difícil lembrar? Então note que essa sintaxe é totalmente coerente com a regra de ouro! A declaração int v significa "v é inteira", enquanto a declaração int *p significa "variável apontada por p é inteira".

Vamos agora armazenar o endereço de v em p, reproduzindo a situação da figura.

    int v;
    int *p;

    v = 5;
    p = &v;

Esse código faz sentido para você? Vejamos se você está entendendo...

Agora vejam como o exemplo abaixo é interessante.

    int v;
    int *p;

    v = 5;
    p = &v;

    *p = 10;

    printf("%d", v);

De fato, podemos usar *p como sinônimo de v ao longo do código.

    int v;
    int *p;

    v = 5;
    p = &v;

    printf("%d", *p);

Obviamente, esse uso só é válido a partir do momento em que p recebe o endereço de v. Antes de receber a primeira atribuição, p guarda lixo de memória, como qualquer variável.