14.6 Zeiger als Funktionsparameter (call–by–reference) 

Funktionen, die mit einem oder mehreren Parametern definiert werden und mit return einen Rückgabewert zurückliefern, wurden bereits verwendet (call-by-value). Der Nachteil dieser Methode ist, dass bei jedem Aufruf erst einmal alle Parameter kopiert werden müssen, sodass diese Variablen der Funktion anschließend als lokale Variablen zur Verfügung stehen. Beispielsweise folgendes Programm:

/* ptr11.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define PI 3.141592f
float kreisflaeche(float wert) {
   return (wert = wert * wert * PI);
}
int main(void) {
   float radius, flaeche;
   printf("Berechnung einer Kreisfläche!!\n\n");
   printf("Bitte den Radius eingeben : ");
   scanf("%f", &radius);
   flaeche = kreisflaeche(radius);
   printf("\nDie Kreisfläche beträgt : %f\n", flaeche);
   return EXIT_SUCCESS;
}

In solch einem Fall bietet es sich an, statt der Variablen radius einfach nur die Adresse der Variablen als Argument zu übergeben. Die Übergabe von Adressen als Argument einer Funktion wird call-by-reference genannt. Das Prinzip sehen Sie im abgeänderten Programmbeispiel:

/* ptr12.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define PI 3.141592f
void kreisflaeche(float *wert) {
   *wert = ( (*wert) * (*wert) * PI );
}
int main(void) {
   float radius;
   printf("Berechnung einer Kreisfläche!!\n\n");
   printf("Bitte den Radius eingeben : ");
   scanf("%f", &radius);
   /* Adresse von radius als Argument an kreisflaeche() */
   kreisflaeche(&radius);
   printf("\nDie Kreisfläche beträgt : %f\n", radius);
   return EXIT_SUCCESS;
}

Statt einer Variablen als Argument, wurde in diesem Beispiel einfach die Adresse der Variablen radius übergeben. Bildlich können Sie sich das Prinzip so vorstellen:

float radius; /* Wir geben einfach mal 5.5 ein */

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Abbildung 14.11   Variable radius bekommt den Wert 5.5

kreisflaeche(&radius);

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Abbildung 14.12   Adresse als Funktionsparameter (call-by-reference)

*wert = (*wert) * (*wert) * PI;

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Abbildung 14.13   In der Funktion wird mit der Referenz gerechnet

In diesem Beispiel übergeben Sie mit dem Funktionsaufruf

kreisflaeche(&radius);

die Adresse der Variablen radius als Referenz an die Funktion

void kreisflaeche(float *wert)

In der Funktion kreisflaeche() befindet sich als Parameter ein Zeiger namens wert vom Typ float. Der Zeiger wert in der Funktion kreisflaeche() bekommt durch den Funktionsaufruf kreisflache(&radius) die Adresse der Variablen radius zugewiesen. Jetzt, da der Zeiger in der Funktion die Adresse kennt, kann mit dem Dereferenzierungsoperator, welcher ja auf den Wert von radius zeigt, gerechnet werden:

*wert= (*wert) * (*wert) * PI;

Die Klammerung bei der Berechnung kann auch weggelassen werden. Sie dient der besseren Übersicht. Ohne den Dereferenzierungsoperator würde lediglich mit einer Adresse gerechnet werden. Die meisten Compiler geben ohnehin eine Fehlermeldung aus.

Es wird Ihnen sicherlich aufgefallen sein, dass bei der Funktion keine Rückgabe mehr mit return erfolgt und der Rückgabetyp void ist. Das liegt daran, dass bei jeder Neuübersetzung des Programms jeder Variablen eine Adresse zugewiesen wird, die sich während der Laufzeit des Programms nicht mehr ändern lässt. Da die Funktion die Adresse der Variablen radius bekommt, wird auch in der Funktion der Wert dieser Variablen verändert. Weil hierbei mit der Variablen radius und dem Zeiger wert mit derselben Adresse gearbeitet wird, entfällt eine Rückgabe an den Ausrufer.

14.6.1 Zeiger als Rückgabewert 

Natürlich ist es auch möglich, einen Zeiger als Rückgabewert einer Funktion zu deklarieren, so wie das bei vielen Funktionen der Standard-Bibliothek gemacht wird. Funktionen, die mit einem Zeiger als Rückgabetyp deklariert sind, geben logischerweise auch nur die Anfangsadresse des Rückgabetyps zurück. Die Syntax dazu sieht folgendermaßen aus:

Zeiger_Rückgabetyp *Funktionsname(Parameter)

Das Verfahren mit Zeigern als Rückgabewert von Funktionen wird häufig bei Strings oder Strukturen verwendet und ist eine effiziente Methode, Datenobjekte aus einer Funktion zurückzugeben. Speziell bei Strings ist dies die einzige Möglichkeit, eine ganze Zeichenkette aus einer Funktion zurückzugeben. Natürlich ist sie es nicht wirklich. Tatsächlich wird ja nur die Anfangsadresse, also das erste Zeichen an den Aufrufer zurückgegeben. Hierzu ein recht einfaches Beispiel:

/* ptr13.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define MAX 255
char *eingabe(char *str) {
   char input[MAX];
   printf("Bitte \"%s\" eingeben: ",str);
   fgets(input, MAX, stdin);
   return strtok(input, "\n");
}
int main(void) {
   char *ptr;
   ptr = eingabe("Vorname");
   printf("Hallo %s\n", ptr);
   ptr = eingabe("Nachname");
   printf("%s, interssanter Nachname\n", ptr);
   return EXIT_SUCCESS;
}

Der Funktion eingabe() wird hierbei als Argument die Adresse eines Strings übergeben. In der Funktion werden Sie aufgefordert, einen Namen einzugeben. Die Anfangsadresse des Strings geben Sie mit folgender Zeile zurück:

return strtok(input, "\n");

Die Funktion strtok() liefert ja selbst als Rückgabewert einen char-Zeiger zurück. Da die Funktion fgets() beim Einlesen von der Standardeingabe das Newline-Zeichen mit einliest, haben Sie hierbei gleich zwei Fliegen mit einer Klappe geschlagen. Das Newline-Zeichen wird mit strtok() entfernt, und die Funktion liefert auch gleich die Anfangsadresse des Strings input als Rückgabewert zurück, welchen Sie gleich mit return weiterverwenden. Doch Vorsicht, Folgendes funktioniert nicht:

char *eingabe(char *str) {
   char input[MAX];
   printf("Bitte \"%s\" eingeben: ", str);
   fgets(input, MAX, stdin);
   return input;
}

Normalerweise sollte hier der Compiler schon meckern, dass etwas nicht stimmt. Spätestens aber, wenn Sie das Beispiel ausführen, werden Sie feststellen, dass anstatt des Strings, den Sie in der Funktion eingabe() eingegeben haben, nur Datenmüll ausgegeben wird.

Wenn Sie die Geschichte mit den Funktionen (Abschnitt 11.20.1) und dem Stack gelesen haben, wissen Sie, dass bei Aufruf einer Funktion ein Stack verwendet wird, auf dem alle benötigten Daten einer Funktion (die Parameter, die lokalen Variablen und die Rücksprungadresse) angelegt werden (die Rede ist vom Stack-Frame). Dieser Stack-Frame bleibt nun so lange bestehen, bis sich die Funktion wieder beendet.

Die Funktion eingabe() gibt eben einen solchen Speicherbereich (lokales Feld) zurück, der sich ebenfalls auf diesem Stack-Frame befindet bzw. befand – und somit bei Beendigung der Funktion nicht mehr vorhanden ist. Wollen Sie also einen Zeiger auf einen Speicherbereich zurückgeben, haben Sie folgende Möglichkeiten. Sie verwenden ...

... einen statischen Puffer (static).

... einen beim Aufruf der Funktion als Argument übergebenen Puffer.

... einen mittels malloc() reservierten Speicher (siehe Kapitel 16).

Hierzu ein Beispiel, welches alle drei Möglichkeiten demonstrieren soll:

/* ptr14.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
/* Fehler: Funktion gibt die Adresse
 * einer lokalen Variablen zurück */
char *test1(void){
   char buffer[10];
   strcpy(buffer, "testwert");
   return buffer;
}
/* Möglichkeit1: Statische Variable */
char *test2(void){
   static char buffer[10];
   strcpy(buffer, "testwert");
   return buffer;
}
/* Möglichkeit2: Speicher vom Heap verwenden */
char *test3(void){
   char *buffer = (char *) malloc(10);
   strcpy(buffer, "testwert");
   return buffer;
}
/* Möglichkeit3: Einen Zeiger als Argument übergeben */
char *test4(char *ptr){
   char buffer[10];
   ptr = buffer;
   strcpy(buffer, "testwert");
   return ptr;
}
int main(void) {
   char *ptr;
   ptr = test1();
   printf("test1: %s\n", ptr); // Datenmüll
   ptr = test2();
   printf("test2: %s\n", ptr);
   ptr = test3();
   printf("test3: %s\n", ptr);
   test4(ptr);
   printf("test4: %s\n", ptr);
   return EXIT_SUCCESS;
}