cblc/aulas/07-vps/README.org

#+title: Curso Básico da Linguagem C
#+subtitle: Aula 7: Vetores, ponteiros e strings
#+author: Blau Araujo
#+startup: show2levels
#+options: toc:3

* Aula 7: Vetores, ponteiros e strings

[[https://youtu.be/hhySl3ClTLE][Vídeo desta aula]]

#+begin_quote
Parte do conteúdo desta aula foi antecipado nas [[../06-vetores/README.org][anotações da aula 6]]!
#+end_quote

Embora sejam conceitos totalmente distintos, existem relações importantes entre
vetores e ponteiros que nós precisamos conhecer.

** Notações de acesso

Tanto ponteiros quanto vetores (e seus elementos) podem ser acessados de
duas formas...

| Acesso         | Aritmética       | Subscrito     |
|----------------+------------------+---------------|
| Valor/Elemento | =*(nome + índice)= | =nome[índice]=  |
| Endereço       | =nome + índice=    | =&nome[índice]= |

*** Exemplo

*Dados o vetor e o ponteiro abaixo...*

#+begin_src c
char v[] = {65, 66, 67, 68, 69, 0};  // Vetor de caracteres (bytes)
char *ptr = "FGHIJ";  // Ponteiro para uma string em .rodata (read only)
#+end_src

*Impressão do endereço de um caractere...*

#+begin_src c
// Impressões do vetor...
printf("v[2]    : %c (%d) --> &v[2]: %p\n", v[2], v[2], &v[2]);
printf("*(v + 2): %c (%d) --> v + 2: %p\n", *(v + 2), *(v + 2), v + 2);

// Impressões do ponteiro...
printf("p[2]    : %c (%d) --> &p[2]: %p\n", p[2], p[2], &p[2]);
printf("*(p + 2): %c (%d) --> p + 2: %p\n", *(p + 2), *(p + 2), p + 2);
#+end_src

*Saída do programa...*

#+begin_example
v[2]    : C (67) --> &v[2]: 0x7ffda53a16c4
*(v + 2): C (67) --> v + 2: 0x7ffda53a16c4
p[2]    : H (72) --> &p[2]: 0x562d0c93100a
*(p + 2): H (72) --> p + 2: 0x562d0c93100a
#+end_example

** Vetores e funções

Observe esta função:

#+begin_src c
int array_sum(int arr[], int size) {
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < size; i++)
        sum += arr[i]; // arr é um ponteiro, não um vetor!
    return sum;
}
#+end_src

- Funções não podem receber vetores como argumentos, apenas seus endereços.
- Escreve-se =int arr[]= apenas para indicar que o argumento esperado é o
  endereço de um vetor, já que =arr= será compilado como um ponteiro.
- Do mesmo modo, utiliza-se =arr[i]=, na iteração, para manter a coerência
  semântica, já que a notação =nome[índice]= também pode ser utilizada com
  ponteiros.

Este mesmo exemplo poderia ser escrito apenas com notações de ponteiros
e aritmética de ponteiros:

#+begin_src c
int array_sum(int *arr, int size) {
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < size; i++)
        sum += *(arr + i); // Notação aritmética!
    return sum;
}
#+end_src

Em ambos os casos, a função lidará com o ponteiro (=arr=) que recebeu como
argumento o endereço de um vetor. O vetor em si, jamais será convertido
em ponteiro e nem tampouco /"decairá para um ponteiro"/! 

** Strings são vetores de caracteres

Strings são vetores de caracteres terminados com o caractere nulo (=\0=).

*Declaração de um vetor para receber uma string...*

#+begin_src c
char str[TAMANHO];
#+end_src

Quando o vetor é declarado sem ser inicializado, é obrigatório definir
a quantidade de elementos que o vetor receberá.

*Declaração e inicialização de um vetor com uma string...*

#+begin_src c
char str[] = {'b', 'a', 'c', 'a', 'n', 'a', '\0'};
#+end_src

Quando o vetor é inicializado, a quantidade de elementos pode ser
omitida para ser definida na compilação.

#+begin_quote
A presença da terminação do caractere terminador ='\0'= é que define
uma cadeia de caracteres como uma string, ou seja: uma cadeia de bytes
que pode ser utilizada com segurança em funções que procuram o terminador
para determinar o fim do processamento da cadeia de caracteres. 
#+end_quote

*Declaração e inicialização de um vetor com uma string literal...*

#+begin_src c
char str[] = "bacana";
#+end_src

Quando a string literal ="bacana"= é utilizada na inicialização do vetor,
o compilador copia cada um de seus bytes para o vetor e inclui o terminador
nulo ('\0') como último elemento.

*Inicialização de um ponteiro com uma string literal...*

#+begin_src c
char *ptr = "cabana";
#+end_src

Ponteiros são variáveis que recebem endereços como argumentos. Sendo assim,
o compilador copia os bytes da string literal ="cabana"= e inclui o terminador
nulo na seção =.rodata= (/read only data/) como um vetor de caracteres de 7
elementos e passa o endereço do primeiro byte para o ponteiro.

#+begin_quote
O endereço de uma string, que é um vetor, é o endereço de seu primeiro byte.
#+end_quote

** Inicializadores escalares e agregados

Ponteiros são variáveis e, portanto, requerem /inicializadores escalares/: no
caso, especificamente endereços.

Todos esses dados são escalares e podem inicializar variáveis:

#+begin_src c
// Variável inicializada com o valor '10' (expressão constante)...
int a = 10;

// Ponteiro inicializado com valor '&a' (endereço de 'a')...
int *pa = &a;  

// Ponteiro inicializado com o endereço do primeiro byte de uma string...
char *ps = "uma string literal";
#+end_src

Vetores, por sua vez, são estruturas que agrupam vários dados de mesmo tipo e,
por isso, requerem /inicializadores agregados/.

Todos esses dados são agregados de valores e podem inicializar vetores...

#+begin_src c
// Vetor inicializado com uma lista de 5 valores...
int n[5] = {1, 2, 3, 4, 5};

// Vetor inicializado com 5 valores '0'...
int z[5] = {0};

// Vetor inicializado com 5 caracteres (bytes)...
char c[] = {'a', 'b', 'c', 'd', '\0'}; // Quantidade de elementos definida na compilação...

// Vetor inicializado com 7 caracteres (bytes)...
char s[] = "qwerty"; // O sétimo byte é o caractere nulo (\0 == 0x00)...
#+end_src

Mas, repare nessas linhas...

#+begin_src c
char *ps = "uma string literal";
char s[] = "qwerty";
#+end_src

As strings literais são dados agregados do tipo =char *=, mas podem ser
utilizadas para inicializar tanto variáveis quanto vetores: tudo depende
do contexto...

#+begin_src c
long a = (long)"uma string"; // Endereço da string modelado para long int.

char *p = "outra string"; // O endereço da string é do tipo 'char[N bytes]'.

char s[] = "mais uma";  // O endereço da string será o endereço do vetor,
                        // que só recebe os caracteres como elementos.

char f[] = {'o', 'i', '\0'}; // Equivale e inicializar com "oi". 
#+end_src

*Notas:*

- Por ser uma estrutura de dados, o "tipo" de um vetor é frequentemente descrito
  como =TIPO[TAMANHO]=, mas isso não é um tipo da linguagem C -- é apenas uma
  forma utilizada para expressar a ideia de um dado que é composto por uma certa
  quantidade de elementos de um determinado tipo. Sendo um vetor de caracteres,
  uma string literal na memória, por exemplo, seria descrita como =char[TAMANHO]=.

- Quando atribuída a um elemento escalar, como uma variável, um ponteiro ou o
  argumento de uma função, a string literal expressa o endereço de seu primeiro
  byte, ou seja, o endereço do primeiro elemento de um vetor do tipo =char=.

** Vetores de comprimentos variáveis (VLA)

A alocação do espaço ocupado por um vetor é feita estaticamente em tempo de
compilação, o que nos impediria de declarar e inicializar vetores com uma
quantidade de elementos obtida pela avaliação de uma variável ou pelo retorno
de uma função, por exemplo: isso é chamado de VLA (/variable-length array/).

O GCC, porém, implementa o suporte a VLA na forma de uma extensão habilitada por
padrão, possibilitando a declaração de vetores com número de elementos obtidos
dinamicamente, mas não a sua inicialização:

#+begin_src c
int size = 10;

int a[size];       // Permitido no GCC...
int v[size] = {0}; // Proibido!
#+end_src

Outros compiladores podem não suportar VLAs:

| Compilador            | Suporte a VLAs | Observações                  |
|-----------------------+----------------+------------------------------|
| *MSVC (cl.exe)*         | Não suporta    | Gera erro de compilação      |
| *GCC (Linux/Mingw-w64)* | Suporta        | VLAs alocados na pilha       |
| *Clang (MinGW/WSL)*     | Suporta        | Mesmo comportamento do Linux |
| *Clang-cl (modo MSVC)*  | Não suporta    | Igual ao MSVC                |