Выделение памяти в Си (функция malloc). Работа с памятью в C Malloc c описание

Описание

Возвращает указатель на первый байт области памяти, которая была выделена из кучи

Функция malloc() возвращает указатель на первый байт области памяти размером size, которая была выделена из кучи. Если для удовлетворения запроса нет достаточного объема памяти, возвращается нулевой указатель. Важно всегда удостовериться, что возвращаемое значение не является нулевым указателем. Попытка использовать нулевой указатель обычно приводит к полному отказу системы.

Если вы пишете 16-разрядные программы для семейства процессоров 8086(например, 80486 или Pentium), то ваш компилятор, вероятно, предоставляет дополнительные функции выделения памяти, которые учитывают модель сегментированной памяти, используемую этими процессорами при работе в 16-разрядном режиме. Например, это могут быть функции, выделяющие память FAR-кучи(которая находится вне стандартного сегмента данных). Эти функции могут назначать указатели на память, объем которой больше одного сегмента, и освобождать такую память.

Ваша программа должна предоставить достаточный объем памяти для запоминания используемых данных. Некоторые из этих ячеек памяти распределяются автоматически. Например, мы можем объявить

char place = "Залив Свиной печенки";

и будет выделена память, достаточная для запоминания этой строки.

Или мы можем быть более конкретны и запросить определенный объем памяти:

int plates;

Это описание выделяет 100 ячеек памяти, каждая из которых предназначена для запоминания целого значения.

Язык Си не останавливается на этом. Он позволяет вам распределять дополнительную память во время работы программы. Предположим, например, вы пишете диалоговую программу и не знаете заранее, сколько данных вам придется вводить. Можно выделить нужный вам (как вы считаете) объем памяти, а затем, если понадобится, потребовать еще. На рис. 15.5 дан пример, в котором используется функция malloc() , чтобы сделать именно это. Кроме того, обратите внимание на то, как такая программа применяет указатели.

/* добавляет память, если необходимо */

#include

#define STOP " " /* сигнал прекращения ввода */

#define BLOCK 100 /* байты памяти */

#define LIM 40 /* предельная длина вводимой строки */

#define MAX 50 /* максимальное число вводимых строк */

#define DRAMA 20000 /* большая задержка времени */

char store; /* исходный блок памяти */

char symph; /* приемник вводимых строк */

char *end; /* указывает на конец памяти */

char *starts; /* указывает на начала строк */

int index = 0; /* количество вводимых строк */

int count; /* счетчик */

char *malloc(); /* распределитель памяти */

starts = store;

end = starts + BLOCK - 1;

puts(" Назовите несколько симфонических оркестром.");

puts(" Вводите по одному: нажмите клавишу [ввод] в начале");

puts(" строки для завершения вашего списка. Хорошо, я готова.");

while(strcmp(fgets(symph, LIM, stdin), STOP) != 0 && index < MAX)

{ if(strlen(symph) > end - starts)

{ /* действия при недостатке памяти для запоминания вводимых данных*/

puts(" Подождите секунду. Я попробую найти дополнительную память.");

end = starts + BLOCK - 1;

for(count = 0; count < DRAMA; count++);

puts(" Нашла немного!"); }

strcpy (starts , symph);

starts = starts + strlen(symph) + 1;

if(++index < MAX)

printf("Этo %d. Продолжайте, если хотите.n", index); }

puts(" Хорошо, вот что я получила:");

for(count = 0; count < index; count ++)

puts(starts);

РИС. 15.5. Программа, добавляющая память по требованию.

Вот образец работы программы:

Назовите несколько симфонических оркестров оркестров.

Вводите их по одному; нажмите клавишу [ввод] в начале

строки для завершения нашего списка. Хорошо, я готова.

Сан-франциский симфонический.

Это 1. Продолжайте, если хотите.

Чикагский симфонический

Это 2. Продолжайте, если хотите.

Берлинский филармонический

Это 3. Продолжайте, если хотите.

Московский камерный

Это 4. Продолжайте, если хотите. Лондонский симфонический

Это 5. Продолжайте, если хотите. Венский филармонический

Подождите секунду. Я попробую найти дополнительную память.

Нашла немного!

Это 6. Продолжайте, если хотите.

Питтсбургский симфонический

Это 7. Продолжайте, если хотите.

Хорошо, вот что я получила:

Сан-францизкий симфонический

Чикагский симфонический

Берлинский филармонический

Московский камерный

Лондонский симфонический

Венский филармонический

Питтсбургский симфонический

Сначала давайте посмотрим, что делает функция malloc() . Она берет аргумент в виде целого без знака, которое представляет количество требуемых байтов памяти. Так, malloc(BLOCK) требует 100 байт. Функция возвращает указатель на тип char в начало нового блока памяти. Мы использовали описание

char *malloc();

чтобы предупредить компилятор, что malloc() возвращает указатель на тип char . Поэтому мы присвоили значение этого указателя элементу массива starts при помощи оператора

starts = malloc(BLOCK);

Хорошо, давайте теперь рассмотрим проект программы, заключающийся в том, чтобы запомнить все исходные строки подряд в большом массиве store . Мы хотим использовать starts для ссылки на начало первой строки, starts[l] - второй строки и т. д. На промежуточном этапе программа вводит строку в массив symph . Мы использовали fgets() вместо gets() , чтобы ограничить входную строку длиной массива symph .

РИС. 15.6. Последовательные строки symph, записанные в массив store.

Прежде чем копировать symph в store , мы должны проверить, достаточно ли для нее оставшегося места. Указатель end ссылается на конец памяти, а текущее значение starts ссылается на начало неиспользованной памяти. Таким образом, мы можем сравнить разницу между этими двумя указателями с длиной symph и определить, достаточно ли осталось памяти.

Если места недостаточно, вызываем malloc() , чтобы подготовить дополнительную память. Мы устанавливаем starts на начало нового блока памяти, a end - на конец нового блока. Заметим, что у нас нет имени этой новой памяти. Она не является, например, расширением store . У нас есть только обозначения указателей, ссылающихся на новую область памяти.

Когда программа работает, на каждую новую строку ссылается элемент массива указателей starts . Некоторые строки находятся в store , другие - в одной или нескольких новых областях памяти.

Но пока у нас есть указатели, мы можем работать со строками, как показывает нам часть программы, выполняющая вывод на печать.

Таким образом используется mаllос() . Но предположим, что вы хотите работать с памятью типа int , а не char . Можете и здесь использовать mаllос() . Вот как это делается:

char *malloc(); /* по-прежнему описываем как указатель на char */

int *newmem;

newmem = (int *) malloc(l00); /* используем операцию приведения типа */

Снова требуется 100 байт. Операция приведения типа преобразует значение, возвращенное указателем на тип char , в указатель на тип int . Если, как в нашей системе, int занимает два байта памяти, это значит, что newmem + 1 будет увеличивать указатель на два байта, т. е. передвигать его к следующему целому. Это также означает, что 100 байт можно использовать для запоминания 50 целых чисел.

Другую возможность распределения памяти дает нам применение функции саllос() :

char *calloc();

long *newmem;

newmem = (long *) calloc(100, sizeof(long));

Подобно malloc() функция саllос() возвращает указатель на char . Нужно использовать оператор приведения типа, если вы хотите запомнить другой тип. Эта новая функция имеет два аргумента, и оба они должны быть целыми без знака. Первый аргумент содержит количество требуемых ячеек памяти. Второй аргумент - размер каждой ячейки в байтах. В нашем случае long

Каждый раз при инициализации указателя использовался адрес той или иной переменной. Это было связано с тем, что компилятор языка С++ автоматически выделяет память для хранения переменных и с помощью указателя можно без последствий работать с этой выделенной областью. Вместе с тем существуют функции malloc() и free(), позволяющие выделять и освобождать память по мере необходимости. Данные функции находятся в библиотеке и имеют следующий синтаксис:

void* malloc(size_t); //функция выделения памяти
void free(void* memblock); //функция освобождения памяти

Здесь size_t – размер выделяемой области памяти в байтах; void* - обобщенный тип указателя, т.е. не привязанный к какому-либо конкретному типу. Рассмотрим работу данных функций на примере выделения памяти для 10 элементов типа double.

Листинг 4.3. Программирование динамического массива.

#include
#include
int main()
{
double* ptd;
ptd = (double *)malloc(10 * sizeof(double));
if(ptd != NULL)
{
for(int i = 0;i ptd[i] = i;
} else printf(“Не удалось выделить память.”);
free(ptd);
return 0;
}

При вызове функции malloc() выполняется расчет необходимой области памяти для хранения 10 элементов типа double. Для этого используется функция sizeof(), которая возвращает число байт, необходимых для хранения одного элемента типа double. Затем ее значение умножается на 10 и в результате получается объем для 10 элементов типа double. В случаях, когда по каким-либо причинам не удается выделить указанный объем памяти, функция malloc() возвращает значение NULL. Данная константа определена в нескольких библиотеках, в том числе в и. Если функция malloc() возвратила указатель на выделенную область памяти, т.е. не равный NULL, то выполняется цикл, где записываются значения для каждого элемента. При выходе из программы вызывается функция free(), которая освобождает ранее выделенную память. Формально, программа написанная на языке С++ при завершении сама автоматически освобождает всю ранее выделенную память и функция free(), в данном случае, может быть опущена. Однако при составлении более сложных программ часто приходится много раз выделять и освобождать память. В этом случае функция free() играет большую роль, т.к. не освобожденная память не может быть повторно использована, что в результате приведет к неоправданным затратам ресурсов ЭВМ.

Использование указателей досталось в "наследство" от языка С. Чтобы упростить процесс изменения параметров в С++ вводится такое понятие как ссылка. Ссылка представляет собой псевдоним (или второе имя), который программы могут использовать для обращения к переменной. Для объявления ссылки в программе используется знак & перед ее именем. Особенность использования ссылок заключается в необходимости их инициализации сразу же при объявлении, например:

int var;
int &var2 = var;

Здесь объявлена ссылка с именем var2, которая инициализируется переменной var. Это значит, что переменная var имеет свой псевдоним var2, через который возможно любое изменение значений переменной var. Преимущество использования ссылок перед указателями заключается в их обязательной инициализации, поэтому программист всегда уверен, что переменная var2 работает с выделенной областью памяти, а не с произвольной, что возможно при использовании указателей. В отличие от указателей ссылка инициализируется только один раз, при ее объявлении. Повторная инициализация приведет к ошибке на стадии компиляции. Благодаря этому обеспечивается надежность использования ссылок, но снижает гибкость их применения. Обычно ссылки используют в качестве аргументов функций для изменения передаваемых переменных внутри функций. Следующий пример демонстрирует применение такой функции:

Листинг 4.4. Пример использования ссылок.

void swap(int& a, int& b)
{
int temp = a;
a = b;
b = temp;
}
int main()
{
int agr1 = 10, arg2 = 5;
swap(arg1, arg2);
return 0;
}

В данном примере функция swap() использует два аргумента, представляющие собой ссылки на две переменные. Используя имена ссылок a и b, осуществляется манипулирование переменными arg1 и arg2, заданных в основной функции main() и переданных как параметры функции swap(). Преимущество функции swap() (которая использует ссылки, а не указатели на переменные) заключается гарантии того, что функция в качестве аргументов будет принимать соответствующие типы переменные, а не какую-либо другую информацию, и ссылки будут инициализированы корректно перед их использованием. Это отслеживается компилятором в момент преобразования текста программы в объектный код и выдается сообщение об ошибке, если использование ссылок неверно. В отличие от указателей со ссылками нельзя выполнять следующие операции:

Нельзя получить адрес ссылки, используя оператор адреса C++;
нельзя присвоить ссылке указатель;
нельзя сравнить значения ссылок, используя операторы сравнения C++;
нельзя выполнять арифметические операции над ссылкой, например, добавить смещение;