Лекція № 5
Тема: Вказівники. Функції динамічного розподілу пам'яті.
План
Вказівники
Операції над вказівниками
Динамічний розподіл пам'яті
Вказівники
Кожна змінна в програмі - це об'єкт, який має ім'я і значення. За ім'ям можна звернутися до змінної і отримати (а потім, наприклад, надрукувати) її значення.
Щоб отримати адресу в явному вигляді, в мові Сі застосовують унарну операцію &. Вираз &Е дозволяє отримати адресу ділянки пам'яті, виділеної на машинному рівні для змінної Е.
Операція & застосовується тільки до об'єктів, що мають ім'я і розміщеним в пам'яті. Її не можна застосовувати до виразів, констант, бітових полів структур, регістрових змінних або зовнішніх об'єктів, з якими може взаємодіяти програма.
Для зберігання, перетворення і передавання адрес в мові Сі введені змінні типу "вказівкник". Вказівник в мові Сі можна визначити як змінну, значенням якої служить адреса об'єкту конкретного типу. Крім того, значенням вказівника може бути явно не рівне ніякій адресі значення, яке приймається за нульову адресу. Для його позначення у ряді заголовочних файлів, наприклад у файлі stdio.h, визначена спеціальна константа NULL.
Як і всякі змінні, вказівники потрібно визначати і описувати, для чого використовується, поперше, роздільник '*'. В описі і визначенні змінних типу "вказівник" необходідно повідомляти, на об'єкт якого типу посилається описуваний вказівник. Тому, окрім роздільника '*', у визначення і описания вказівників входять специфікації типів, задаючі типи об'єктів, на які посилаються вказівники. Приклади визначення вказівників:
char * z; /* z - вказівник на об'єкт символьного типу */
int *k,*i; /* k, i - вказівники на об'єкти цілого типу */
float *f; /* f — вказівник на об'єкт речовинного типу */
Отже, у визначеннях і описах вказівників застосовується роздільник '*', який є в цьому випадку знаком унарної операції непрямої адресації, інакше званою операцією розіменування або операцією розкриття посилання або звернення за адресою. Результат цієї операції - той об'єкт, який адресує вказівник-операнд.
int E,C,B,*m; /* Визначення змінних і вказівника m: */
m=&Е ; /* Значенню m присвоїти адресу змінної Е: */
*m=В+С; /* Переслати значення виразу С+В в ділянку пам'яті з адресою рівною значенню m: */
Операції над вказівниками
Унарні адресні операції '&' і '*' мають більш високий пріоритет, ніж арифметичні операції.
При використанні адресної операції '* в арифметичних виразах слід остерігатися випадкового поєднання знаків операцій ділення / і розіменування '*', оскільки комбінацію '/*' компілятор сприймає як початок коментаря. Наприклад, вираз а/* і слід замінити таким - а/(*і).
Унарні операції '*' і '++' або '--' мають однаковий пріоритет і при розміщенні поряд виконуються справа наліво. Додавання цілочисельного значення n до вказівника, адресуючому деякий елемент масиву, призводить до того, що вказівник набуває значення адреси того елемента, який відстає від поточного на n позицій (елементів). Якщо довжина элемента масиву рівна d байтів, то чисельне значення вказівника змінюється на (d*n).
До вказівників застосовуються операції порівняння '>', '>=','! =', '==', '<=', '<'. Таким чином, вказівники можна використовувати у відношеннях. Але порівнювати вказівники допустимо тільки з іншими вказівниками того ж типу або з константою NULL, що позначає значення умовної нулевої адреси. Наведемо приклад, в якому використовуються операції над вказівниками і виводяться значення. Для виводу значень вказівників в рядку формату функції printf використовується специфікація перетворення %р.
Динамічний розподіл памяті
Динамічна пам'ять - це пам'ять, яка виділяється в процесі виконання програми. Після виділення динамічної пам'яті вона зберігається до її явного звільнення, це може бути виконано тільки за допомогою спеціальної бібліотечної функції free().
Якщо динамічна пам'ять не була звільнена до закінчення виконання програми, то вона звільняється автоматично при завершенні програми. Проте явне вивільнення непотрібної пам'яті, є ознакою хорошого стилю програмування. В процесі виконання програми ділянка динамічної пам'яті доступна скрізь, де доступний вказівник, адресуючий цю ділянку. Таким чином, можливі наступні три варіанта роботи з динамічною пам'яттю, яка виділяється в деякому блоці (наприклад, в тілі неголовної функції):
вказівник (на ділянку динамічної пам'яті) визначений як локальний об'єкт автоматичної пам'яті. В цьому випадку виділена пам'ять буде неприступна при виході за межі блоку локалізації вказівника, і її потрібно звільнити перед виходом з блоку;
вказівник визначений як локальний об'єкт статичної пам'яті. Динамічна пам'ять, виділена однократно в блоці, доступна через вказівник при кожному повторному вході в блок. Пам'ять потрібно звільнити тільки по закінченні її використання;
вказівник є глобальним об'єктом по відношенню до блоку. Динамічна пам'ять доступна у всіх блоках, де "видний" вказівник. Пам'ять потрібно звільнити тільки після закінчення її використання.
Варіант, коли об'єкт динамічної пам'яті пов'язані із статичним внутрішнім (локалізованим) вказівником:
#include <stdio.h>
#include <alloc.h> /* Для функцій malloc( ), free( )*/
void dynam(void)
{
static char *uc=NULL; /* Внутрішній вказівник */
/* Захист від багатократного виділення пам'яті: */
if(uc == NULL)
{
uc=(char*)malloc(1);
*uc='A';
}
printf("\t%c",*uc);
(*uc)++;
return;
}
void main( )
{
int i ;
for (i=0; i<5; i++) dynam();
}
Результат виконання програми: А В С D E
Деяка недбалість попередньої програми - виділення функцією malloc( ) ділянка пам'яті явно не звільняється функцією free().
Для виділення динамічної памяті також використовується функція new, для звільнення – delete.