• Главная
  •  > 
  • Android
  •  > 
  • C выделение памяти. Распределение памяти

C выделение памяти. Распределение памяти

Динамическое выделение памяти необходимо для эффективного использования памяти компьютера. Например, мы написали какую-то программку, которая обрабатывает массив. При написании данной программы необходимо было объявить массив, то есть задать ему фиксированный размер (к примеру, от 0 до 100 элементов). Тогда данная программа будет не универсальной, ведь может обрабатывать массив размером не более 100 элементов. А если нам понадобятся всего 20 элементов, но в памяти выделится место под 100 элементов, ведь объявление массива было статическим, а такое использование памяти крайне не эффективно.

В С++ операции new и delete предназначены для динамического распределения памяти компьютера. Операция new выделяет память из области свободной памяти, а операция delete высвобождает выделенную память. Выделяемая память, после её использования должна высвобождаться, поэтому операции new и delete используются парами. Даже если не высвобождать память явно, то она освободится ресурсами ОС по завершению работы программы. Рекомендую все-таки не забывать про операцию delete .

// пример использования операции new int *ptrvalue = new int; //где ptrvalue – указатель на выделенный участок памяти типа int //new – операция выделения свободной памяти под создаваемый объект.

Операция new создает объект заданного типа, выделяет ему память и возвращает указатель правильного типа на данный участок памяти. Если память невозможно выделить, например, в случае отсутствия свободных участков, то возвращается нулевой указатель, то есть указатель вернет значение 0. Выделение памяти возможно под любой тип данных: int , float ,double , char и т. д.

// пример использования операции delete: delete ptrvalue; // где ptrvalue – указатель на выделенный участок памяти типа int // delete – операция высвобождения памяти

Разработаем программу, в которой будет создаваться динамическая переменная.

// new_delete.cpp: определяет точку входа для консольного приложения. #include "stdafx.h" #include << "ptrvalue = " << *ptrvalue << endl; delete ptrvalue; // высвобождение памяти system("pause"); return 0; }

// код Code::Blocks

// код Dev-C++

// new_delete.cpp: определяет точку входа для консольного приложения. #include using namespace std; int main(int argc, char* argv) { int *ptrvalue = new int; // динамическое выделение памяти под объект типа int *ptrvalue = 9; // инициализация объекта через указатель //int *ptrvalue = new int (9); инициализация может выполнятся сразу при объявлении динамического объекта cout << "ptrvalue = " << *ptrvalue << endl; delete ptrvalue; // высвобождение памяти return 0; }

В строке 10 показан способ объявления и инициализации девяткой динамического объекта, все, что нужно так это указать значение в круглых скобочках после типа данных. Результат работы программы показан на рисунке 1.

Ptrvalue = 9 Для продолжения нажмите любую клавишу. . .

Рисунок 1 — Динамическая переменная

Создание динамических массивов

Как было сказано раньше, массивы также могут быть динамическими. Чаще всего операции new и delete применяются для создания динамических массивов, а не для создания динамических переменных. Рассмотрим фрагмент кода создания одномерного динамического массива.

// объявление одномерного динамического массива на 10 элементов: float *ptrarray = new float ; // где ptrarray – указатель на выделенный участок памяти под массив вещественных чисел типа float // в квадратных скобочках указываем размер массива

После того как динамический массив стал ненужным, нужно освободить участок памяти, который под него выделялся.

// высвобождение памяти отводимой под одномерный динамический массив: delete ptrarray;

После оператора delete ставятся квадратные скобочки, которые говорят о том, что высвобождается участок памяти, отводимый под одномерный массив. Разработаем программу, в которой создадим одномерный динамический массив, заполненный случайными числами.

// new_delete_array.cpp: определяет точку входа для консольного приложения. #include "stdafx.h" #include // в заголовочном файле // в заголовочном файле < 10; count++) ptrarray = (rand() % 10 + 1) / float((rand() % 10 + 1)); //заполнение массива случайными числами с масштабированием от 1 до 10 cout << "array = "; for (int count = 0; count < 10; count++) cout << setprecision(2) << ptrarray << " "; delete ptrarray; // высвобождение памяти cout << endl; system("pause"); return 0; }

// код Code::Blocks

// код Dev-C++

// new_delete_array.cpp: определяет точку входа для консольного приложения. #include // в заголовочном файле содержится прототип функции time() #include // в заголовочном файле содержится прототип функции setprecision() #include #include using namespace std; int main(int argc, char* argv) { srand(time(0)); // генерация случайных чисел float *ptrarray = new float ; // создание динамического массива вещественных чисел на десять элементов for (int count = 0; count < 10; count++) ptrarray = (rand() % 10 + 1) / float((rand() % 10 + 1)); //заполнение массива случайными числами с масштабированием от 1 до 10 cout << "array = "; for (int count = 0; count < 10; count++) cout << setprecision(2) << ptrarray << " "; delete ptrarray; // высвобождение памяти cout << endl; system("pause"); return 0; }

Созданный одномерный динамический массив заполняется случайными вещественными числами, полученными c помощью функций генерации случайных чисел, причём числа генерируются в интервале от 1 до 10, интервал задается так — rand() % 10 + 1 . Чтобы получить случайные вещественные числа, выполняется операция деления, с использованием явного приведения к вещественному типу знаменателя — float((rand() % 10 + 1)) . Чтобы показать только два знака после запятой используем функцию setprecision(2) , прототип данной функции находится в заголовочном файле . Функция time(0) засевает генератор случайных чисел временным значением, таким образом, получается, воспроизводить случайность возникновения чисел (см. Рисунок 2).

Array = 0.8 0.25 0.86 0.5 2.2 10 1.2 0.33 0.89 3.5 Для продолжения нажмите любую клавишу. . .

Рисунок 2 — Динамический массив в С++

По завершению работы с массивом, он удаляется, таким образом, высвобождается память, отводимая под его хранение.

Как создавать и работать с одномерными динамическими массивами мы научились. Теперь рассмотрим фрагмент кода, в котором показано, как объявляется двумерный динамический массив.

// объявление двумерного динамического массива на 10 элементов: float **ptrarray = new float* ; // две строки в массиве for (int count = 0; count < 2; count++) ptrarray = new float ; // и пять столбцов // где ptrarray – массив указателей на выделенный участок памяти под массив вещественных чисел типа float

Сначала объявляется указатель второго порядка float **ptrarray , который ссылается на массив указателей float* ,где размер массива равен двум. После чего в цикле for каждой строке массива объявленного в строке 2 выделяется память под пять элементов. В результате получается двумерный динамический массив ptrarray .Рассмотрим пример высвобождения памяти отводимой под двумерный динамический массив.

// высвобождение памяти отводимой под двумерный динамический массив: for (int count = 0; count < 2; count++) delete ptrarray; // где 2 – количество строк в массиве

Объявление и удаление двумерного динамического массива выполняется с помощью цикла, так как показано выше, необходимо понять и запомнить то, как это делается. Разработаем программу, в которой создадим двумерный динамический массив.

// new_delete_array2.cpp: определяет точку входа для консольного приложения. #include "stdafx.h" #include #include #include < 2; count++) ptrarray = new float ; // и пять столбцов // заполнение массива for (int count_row = 0; count_row < 2; count_row++) for (int count_column = 0; count_column < 5; count_column++) ptrarray = (rand() % 10 + 1) / float((rand() % 10 + 1)); //заполнение массива случайными числами с масштабированием от 1 до 10 // вывод массива for (int count_row = 0; count_row < 2; count_row++) { for (int count_column = 0; count_column < 5; count_column++) cout << setw(4) <

// код Code::Blocks

// код Dev-C++

// new_delete_array2.cpp: определяет точку входа для консольного приложения. #include #include #include #include using namespace std; int main(int argc, char* argv) { srand(time(0)); // генерация случайных чисел // динамическое создание двумерного массива вещественных чисел на десять элементов float **ptrarray = new float* ; // две строки в массиве for (int count = 0; count < 2; count++) ptrarray = new float ; // и пять столбцов // заполнение массива for (int count_row = 0; count_row < 2; count_row++) for (int count_column = 0; count_column < 5; count_column++) ptrarray = (rand() % 10 + 1) / float((rand() % 10 + 1)); //заполнение массива случайными числами с масштабированием от 1 до 10 // вывод массива for (int count_row = 0; count_row < 2; count_row++) { for (int count_column = 0; count_column < 5; count_column++) cout << setw(4) <

При выводе массива была использована функция setw() , если вы не забыли, то она отводит место заданного размера под выводимые данные. В нашем случае, под каждый элемент массива по четыре позиции, это позволяет выровнять, по столбцам, числа разной длинны (см. Рисунок 3).

2.7 10 0.33 3 1.4 6 0.67 0.86 1.2 0.44 Для продолжения нажмите любую клавишу. . .

Рисунок 3 — Динамический массив в С++

время выполнения программы. Под локальные переменные программа отводит память из стекового пространства. Однако локальные переменные требуют предварительного определения объема памяти, выделяемой для каждой ситуации. Хотя С++ эффективно реализует такие переменные, они требуют от программиста заранее знать, какое количество памяти необходимо для каждой ситуации.

Второй способ, которым С++ может хранить информацию, заключается в использовании системы динамического распределения. При этом способе память распределяется для информации из свободной области памяти по мере необходимости. Область свободной памяти находится между кодом программы с ее постоянной областью памяти и стеком ( рис. 24.1). Динамическое размещение удобно, когда неизвестно, сколько элементов данных будет обрабатываться.


Рис. 24.1.

По мере использования программой стековая область увеличивается вниз, то есть программа сама определяет объем стековой памяти. Например, программа с большим числом рекурсивных функций займет больше стековой памяти, чем программа , не имеющая рекурсивных функций , так как локальные переменные и возвращаемые адреса хранятся в стеках. Память под саму программу и глобальные переменные выделяется на все время выполнения программы и является постоянной для конкретной среды.

Память , выделяемая в процессе выполнения программы, называется динамической. После выделения динамической памяти она сохраняется до ее явного освобождения, что может быть выполнено только с помощью специальной операции или библиотечной функции.

Если динамическая память не освобождена до окончания программы, то она освобождается автоматически при завершении программы. Тем не менее, явное освобождение ставшей ненужной памяти является признаком хорошего стиля программирования.

В процессе выполнения программы участок динамической памяти доступен везде, где доступен указатель , адресующий этот участок. Таким образом, возможны следующие три варианта работы с динамической памятью , выделяемой в некотором блоке (например, в теле неглавной функции).

  • Указатель (на участок динамической памяти) определен как локальный объект автоматической памяти. В этом случае выделенная память будет недоступна при выходе за пределы блока локализации указателя, и ее нужно освободить перед выходом из блока.
  • Указатель определен как локальный объект статической памяти. Динамическая память, выделенная однократно в блоке, доступна через указатель при каждом повторном входе в блок. Память нужно освободить только по окончании ее использования.
  • Указатель является глобальным объектом по отношению к блоку. Динамическая память доступна во всех блоках, где "виден" указатель. Память нужно освободить только по окончании ее использования.

Все переменные, объявленные в программе размещаются в одной непрерывной области памяти, которую называют сегментом данных . Такие переменные не меняют своего размера в ходе выполнения программы и называются статическими . Размера сегмента данных может быть недостаточно для размещения больших объемов информации. Выходом из этой ситуации является использование динамической памяти. Динамическая память – это память , выделяемая программе для ее работы за вычетом сегмента данных, стека, в котором размещаются локальные переменные подпрограмм и собственно тела программы.

Для работы с динамической памятью используют указатели. С их помощью осуществляется доступ к участкам динамической памяти, которые называются динамическими переменными . Для хранения динамических переменных выделяется специальная область памяти, называемая " кучей ".

Динамические переменные создаются с помощью специальных функций и операций. Они существуют либо до конца работы программы, либо до тех пор, пока не будет освобождена выделенная под них память с помощью специальных функций или операций. То есть время жизни динамических переменных – от точки создания до конца программы или до явного освобождения памяти .

В С++ используется два способа работы с динамической памятью:

  1. использование операций new и delete ;
  2. использование семейства функций mallос (calloc ) (унаследовано из С).

Работа с динамической памятью с помощью операций new и delete

В языке программирования С++ для динамического распределения памяти существуют операции new и delete . Эти операции используются для выделения и освобождения блоков памяти . Область памяти, в которой размещаются эти блоки, называется свободной памятью .

Операция new позволяет выделить и сделать доступным свободный участок в основной памяти, размеры которого соответствуют типу данных, определяемому именем типа.

Синтаксис :

new ИмяТипа;

new ИмяТипа [Инициализатор];

В выделенный участок заносится значение , определяемое инициализатором , который не является обязательным элементом. В случае успешного выполнения new возвращает адрес начала выделенного участка памяти. Если участок нужных размеров не может быть выделен (нет памяти), то операция new возвращает нулевое значение адреса (NULL ).

Синтаксис применения операции :

Указатель = new ИмяТипа [Инициализатор];

Операция new float выделяет участок памяти размером 4 байта. Операция new int(15) выделяет участок памяти 4 байта и инициализирует этот участок целым значением 15. Синтаксис использования операций new и delete предполагает применение указателей. Предварительно каждый указатель должен быть объявлен:

тип *ИмяУказателя;

Например:

float *pi; //Объявление переменной pi pi=new float; //Выделение памяти для переменной pi * pi = 2.25; //Присваивание значения

В качестве типа можно использовать, например, стандартные типы int, long, float, double, char .

Оператор new чаще всего используется для размещения в памяти данных определенных пользователем типов, например, структур:

struct Node { char *Name; int Value; Node *Next }; Node *PNode; //объявляется указатель PNode = new Node; //выделяется память PNode->Name = "Ata"; //присваиваются значения PNode->Value = 1; PNode->Next = NULL;

В качестве имени типа в операции new может быть использован массив :

new ТипМассива

При выделении динамической памяти для массива его размеры должны быть полностью определены. Например:

ptr = new int ;//10 элементов типа int или 40 байт ptr = new int ;//неверно, т.к. не определен размер

Такая операция позволяет выделить в динамической памяти участок для размещения массива соответствующего типа, но не позволяет его инициализировать. В результате выполнения операция new возвратит указатель , значением которого служит адрес первого элемента массива. Например:

int *n = new int;

Операция new выполняет выделение достаточного для размещения величины типа int участка динамической памяти и записывает адрес начала этого участка в переменную n . Память под саму переменную n (размера, достаточного для размещения указателя) выделяется на этапе компиляции.

Статическая память выделяется еще до начала работы программы, на стадии компиляции и сборки. Статические переменные имеют фиксированный адрес, известный до запуска программы и не изменяющийся в процессе ее работы. Статические переменные создаются и инициализируются до входа в функцию main , с которой начинается выполнение программы.

Существует два типа статических переменных:

  • глобальные переменные - это переменные, определенные вне функций , в описании которых отсутствует слово static . Обычно описания глобальных переменных, включающие слово extern , выносятся в заголовочные файлы (h-файлы). Слово extern означает, что переменная описывается, но не создается в данной точке программы. Определения глобальных переменных, т.е. описания без слова extern , помещаются в файлы реализации (c-файлы или cpp-файлы). Пример: глобальная переменная maxind описывается дважды:
    • в h-файле с помощью строки

      extern int maxind;

      это описание сообщает о наличии такой переменной, но не создает эту переменную!
    • в cpp-файле с помощью строки

      int maxind = 1000;

      это описание создает переменную maxind и присваивает ей начальное значение 1000 . Заметим, что стандарт языка не требует обязательного присвоения начальных значений глобальным переменным, но, тем не менее, это лучше делать всегда, иначе в переменной будет содержаться непредсказуемое значение (мусор, как говорят программисты). Инициализация всех глобальных переменных при их определении - это правило хорошего стиля.
    Глобальные переменные называются так потому, что они доступны в любой точке программы во всех ее файлах. Поэтому имена глобальных переменных должны быть достаточно длинными, чтобы избежать случайного совпадения имен двух разных переменных. Например, имена x или n для глобальной переменной не подходят;
  • статические переменные - это переменные, в описании которых присутствует слово static . Как правило, статические переменные описываются вне функций . Такие статические переменные во всем подобны глобальным, с одним исключением: область видимости статической переменной ограничена одним файлом, внутри которого она определена, - и, более того, ее можно использовать только после ее описания, т.е. ниже по тексту. По этой причине описания статических переменных обычно выносятся в начало файла. В отличие от глобальных переменных, статические переменные никогда не описываются в h-файлах (модификаторы extern и static конфликтуют между собой). Совет: используйте статические переменные, если нужно, чтобы они были доступны только для функций, описанных внутри одного и того же файла . По возможности не применяйте в таких ситуациях глобальные переменные, это позволит избежать конфликтов имен при реализации больших проектов, состоящих из сотен файлов.
    • Статическую переменную можно описать и внутри функции, хотя обычно так никто не делает. Переменная размещается не в стеке, а в статической памяти, т.е. ее нельзя использовать при рекурсии, а ее значение сохраняется между различными входами в функцию. Область видимости такой переменной ограничена телом функции, в которой она определена. В остальном она подобна статической или глобальной переменной. Заметим, что ключевое слово static в языке Си используется для двух различных целей:
      • как указание типа памяти: переменная располагается в статической памяти, а не в стеке;
      • как способ ограничить область видимости переменной рамками одного файла (в случае описания переменной вне функции).
  • Слово static может присутствовать и в заголовке функции. При этом оно используется только для того, чтобы ограничить область видимости имени функции рамками одного файла. Пример:

    static int gcd(int x, int y); // Прототип ф-ции. . . static int gcd(int x, int y) { // Реализация. . . }

    Совет: используйте модификатор static в заголовке функции, если известно, что функция будет вызываться лишь внутри одного файла. Слово static должно присутствовать как в описании прототипа функции, так и в заголовке функции при ее реализации.

Стековая, или локальная, память

Локальные, или стековые, переменные - это переменные, описанные внутри функции . Память для таких переменных выделяется в аппаратном стеке, см. раздел 2.3.2. Память выделяется в момент входа в функцию или блок и освобождается в момент выхода из функции или блока. При этом захват и освобождение памяти происходят практически мгновенно, т.к. компьютер только изменяет регистр, содержащий адрес вершины стека.

Локальные переменные можно использовать при рекурсии, поскольку при повторном входе в функцию в стеке создается новый набор локальных переменных, а предыдущий набор не разрушается. По этой же причине локальные переменные безопасны при использовании нитей в параллельном программировании (см. раздел 2.6.2). Программисты называют такое свойство функции реентерабельностью , от англ. re-enter able - возможность повторного входа. Это очень важное качество с точки зрения надежности и безопасности программы! Программа, работающая со статическими переменными, этим свойством не обладает, поэтому для защиты статических переменных приходится использовать механизмы синхронизации (см. 2.6.2), а логика программы резко усложняется. Всегда следует избегать использования глобальных и статических переменных, если можно обойтись локальными.

Недостатки локальных переменных являются продолжением их достоинств. Локальные переменные создаются при входе в функцию и исчезают после выхода из нее, поэтому их нельзя использовать в качестве данных, разделяемых между несколькими функциями. К тому же, размер аппаратного стека не бесконечен, стек может в один прекрасный момент переполниться (например, при глубокой рекурсии), что приведет к катастрофическому завершению программы. Поэтому локальные переменные не должны иметь большого размера. В частности, нельзя использовать большие массивы в качестве локальных переменных.

Динамическая память, или куча

Помимо статической и стековой памяти, существует еще практически неограниченный ресурс памяти, которая называется динамическая , или куча (heap ). Программа может захватывать участки динамической памяти нужного размера. После использования ранее захваченный участок динамической памяти следует освободить.

Под динамическую память отводится пространство виртуальной памяти процесса между статической памятью и стеком. (Механизм виртуальной памяти был рассмотрен в разделе 2.6.) Обычно стек располагается в старших адресах виртуальной памяти и растет в сторону уменьшения адресов (см. раздел 2.3). Программа и константные данные размещаются в младших адресах, выше располагаются статические переменные. Пространство выше статических переменных и ниже стека занимает динамическая память:

адрес содержимое памяти

код программы и данные,

защищенные от изменения
...

статические переменные

программы
динамическая память

max. адрес (2 32 -4)

 стек

Структура динамической памяти автоматически поддерживается исполняющей системой языка Си или C++ . Динамическая память состоит из захваченных и свободных сегментов, каждому из которых предшествует описатель сегмента. При выполнении запроса на захват памяти исполняющая система производит поиск свободного сегмента достаточного размера и захватывает в нем отрезок требуемой длины. При освобождении сегмента памяти он помечается как свободный, при необходимости несколько подряд идущих свободных сегментов объединяются.

В языке Си для захвата и освобождения динамической памяти применяются стандартные функции malloc и free , описания их прототипов содержатся в стандартном заголовочном файле " stdlib.h ". (Имя malloc является сокращением от memory allocate - "захват памяти".) Прототипы этих функций выглядят следующим образом:

void *malloc(size_t n); // Захватить участок памяти // размером в n байт void free(void *p); // Освободить участок // памяти с адресом p

Здесь n - это размер захватываемого участка в байтах, size_t - имя одного из целочисленных типов, определяющих максимальный размер захватываемого участка. Тип size_t задается в стандартном заголовочном файле " stdlib.h " с помощью оператора typedef (см. c. 117). Это обеспечивает независимость текста Си-программы от используемой архитектуры. В 32-разрядной архитектуре тип size_t определяется как беззнаковое целое число:

typedef unsigned int size_t;

Функция malloc возвращает адрес захваченного участка памяти или ноль в случае неудачи (когда нет свободного участка достаточно большого размера). Функция free освобождает участок памяти с заданным адресом. Для задания адреса используется указатель общего типа void* . После вызова функции malloc его необходимо привести к указателю на конкретный тип, используя операцию приведения типа, см. раздел 3.4.11. Например, в следующем примере захватывается участок динамической памяти размером в 4000 байтов, его адрес присваивается указателю на массив из 1000 целых чисел:

int *a; // Указатель на массив целых чисел. . . a = (int *) malloc(1000 * sizeof(int));

Выражение в аргументе функции malloc равно 4000 , поскольку размер целого числа sizeof(int) равен четырем байтам. Для преобразования указателя используется операция приведения типа (int *) от указателя обобщенного типа к указателю на целое число.

Пример: печать n первых простых чисел

Рассмотрим пример, использующий захват динамической памяти. Требуется ввести целое цисло n и напечатать n первых простых чисел. (Простое число - это число, у которого нет нетривиальных делителей.) Используем следующий алгоритм: последовательно проверяем все нечетные числа, начиная с тройки (двойку рассматриваем отдельно). Делим очередное число на все простые числа, найденные на предыдущих шагах алгоритма и не превосходящие квадратного корня из проверяемого числа. Если оно не делится ни на одно из этих простых чисел, то само является простым; оно печатается и добавляется в массив найденных простых.

Поскольку требуемое количество простых чисел n до начала работы программы неизвестно, невозможно создать массив для их хранения в статической памяти. Выход состоит в том, чтобы захватывать пространство под массив в динамической памяти уже после ввода числа n . Вот полный текст программы:

#include #include #include int main() { int n; // Требуемое количество простых чисел int k; // Текущее количество найденных простых чисел int *a; // Указатель на массив найденных простых int p; // Очередное проверяемое число int r; // Целая часть квадратного корня из p int i; // Индекс простого делителя bool prime; // Признак простоты printf("Введите число простых: "); scanf("%d", &n); if (n <= 0) // Некорректное значение => return 1; // завершаем работу с кодом ошибки // Захватываем память под массив простых чисел a = (int *) malloc(n * sizeof(int)); a = 2; k = 1; // Добавляем двойку в массив printf("%d ", a); // и печатаем ее p = 3; while (k < n) { // Проверяем число p на простоту r = (int)(// Целая часть корня sqrt((double) p) + 0.001); i = 0; prime = true; while (i < k && a[i] <= r) { if (p % a[i] == 0) { // p делится на a[i] prime = false; // => p не простое, break; // выходим из цикла } ++i; // К следующему простому делителю } if (prime) { // Если нашли простое число, a[k] = p; // то добавляем его в массив ++k; // Увеличиваем число простых printf("%d ", p); // Печатаем простое число if (k % 5 == 0) { // Переход на новую строку printf("\n"); // после каждых пяти чисел } } p += 2; // К следующему нечетному числу } if (k % 5 != 0) { printf("\n"); // Перевести строку } // Освобождаем динамическую память free(a); return 0; }

Пример работы данной программы:

Введите число простых: 50 2 3 5 7 11 13 17 19 23 29 31 37 41 43 47 53 59 61 67 71 73 79 83 89 97 101 103 107 109 113 127 131 137 139 149 151 157 163 167 173 179 181 191 193 197 199 211 223 227 229

Операторы new и delete языка C++

В языке C++ для захвата и освобождения динамической памяти используются операторы new и delete . Они являются частью языка C++ , в отличие от функций malloc и free , входящих в библиотеку стандартных функций Си.

Пусть T - некоторый тип языка Си или C++ , p - указатель на объект типа T . Тогда для захвата памяти размером в один элемент типа T используется оператор new :

T *p; p = new T;

Например, для захвата восьми байтов под вещественное число типа double используется фрагмент

double *p; p = new double;

При использовании new , в отличие от malloc , не нужно приводить указатель от типа void* к нужному типу: оператор new возвращает указатель на тип, записанный после слова new . Сравните два эквивалентных фрагмента на Си и C++ .

Последнее обновление: 28.05.2017

При создании массива с фиксированными размерами под него выделяется определенная память. Например, пусть у нас будет массив с пятью элементами:

Double numbers = {1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0};

Для такого массива выделяется память 5 * 8 (размер типа double) = 40 байт. Таким образом, мы точно знаем, сколько в массиве элементов и сколько он занимает памяти. Однако это не всегда удобно. Иногда бывает необходимо, чтобы количество элементов и соответственно размер выделяемой памяти для массива определялись динамически в зависимости от некоторых условий. Например, пользователь сам может вводить размер массива. И в этом случае для создания массива мы можем использовать динамическое выделение памяти.

Для управления динамическим выделением памяти используется ряд функций, которые определены в заголовочном файле stdlib.h :

    malloc() . Имеет прототип

    Void *malloc(unsigned s);

    Выделяет память длиной в s байт и возвращает указатель на начало выделенной памяти. В случае неудачного выполнения возвращает NULL

    calloc() . Имеет прототип

    Void *calloc(unsigned n, unsigned m);

    Выделяет память для n элементов по m байт каждый и возвращает указатель на начало выделенной памяти. В случае неудачного выполнения возвращает NULL

    realloc() . Имеет прототип

    Void *realloc(void *bl, unsigned ns);

    Изменяет размер ранее выделенного блока памяти, на начало которого указывает указатель bl, до размера в ns байт. Если указатель bl имеет значение NULL , то есть память не выделялась, то действие функции аналогично действию malloc

    free() . Имеет прототип

    Void *free(void *bl);

    Освобождает ранее выделенный блок памяти, на начало которого указывает указатель bl.

    Если мы не используем эту функцию, то динамическая память все равно освободится автоматически при завершении работы программы. Однако все же хорошей практикой является вызов функции free() , который позволяет как можно раньше освободить память.

Рассмотрим применение функций на простой задаче. Длина массива неизвестна и вводится во время выполнения программы пользователем, и также значения всех элементов вводятся пользователем:

#include #include int main(void) { int *block; // указатель для блока памяти int n; // число элементов массива // ввод числа элементов printf("Size of array="); scanf("%d", &n); // выделяем память для массива // функция malloc возвращает указатель типа void* // который автоматически преобразуется в тип int* block = malloc(n * sizeof(int)); // вводим числа в массив for(int i=0;i

Консольный вывод программы:

Size of array=5 block=23 block=-4 block=0 block=17 block=81 23 -4 0 17 81

Здесь для управления памятью для массива определен указатель block типа int . Количество элементов массива заранее неизвестно, оно представлено переменной n.

Вначале пользователь вводит количество элементов, которое попадает в переменную n. После этого необходимо выделить память для данного количества элементов. Для выделения памяти здесь мы могли бы воспользоваться любой из трех вышеописанных функций: malloc, calloc, realloc. Но конкретно в данной ситуации воспользуемся функцией malloc :

Block = malloc(n * sizeof(int));

Прежде всего надо отметить, что все три выше упомянутые функции для универсальности возвращаемого значения в качестве результата возвращают указатель типа void * . Но в нашем случае создается массив типа int, для управления которым используется указатель типа int * , поэтому выполняется неявное приведение результата функции malloc к типу int * .

В саму функцию malloc передается количество байтов для выделяемого блока. Это количество подсчитать довольно просто: достаточно умножить количество элементов на размер одного элемента n * sizeof(int) .

После выполнения всех действий память освобождается с помощью функции free() :

Free(block);

Важно, что после выполнения этой функции мы уже не сможем использовать массив, например, вывести его значения на консоль:

Free(block); for(int i=0;i

И если мы попытаемся это сделать, то получим неопределенные значения.

Вместо функции malloc аналогичным образом мы могли бы использовать функцию calloc() , которая принимает количество элементов и размер одного элемента:

Block = calloc(n, sizeof(int));

Либо также можно было бы использовать функцию realloc() :

Int *block = NULL; block = realloc (block, n * sizeof(int));

При использовании realloc желательно (в некоторых средах, например, в Visual Studio, обязательно) инициализировать указатель хотя бы значением NULL.

Но в целом все три вызова в данном случае имели бы аналогичное действие:

Block = malloc(n * sizeof(int)); block = calloc(n, sizeof(int)); block = realloc (block, n * sizeof(int));

Теперь рассмотрим более сложную задачу - динамическое выделение памяти для двухмерного массива:

#include #include int main(void) { int **table; // указатель для блока памяти для массива указателей int *rows; // указатель для блока памяти для хранения информации по строкам int rowscount; // количество строк int d; // вводимое число // ввод количества строк printf("Rows count="); scanf("%d", &rowscount); // выделяем память для двухмерного массива table = calloc(rowscount, sizeof(int*)); rows = malloc(sizeof(int)*rowscount); // цикл по строкам for (int i = 0; i

Переменная table представляет указатель на массив указателей типа int* . Каждый указатель table[i] в этом массиве представляет указатель на подмассив элементов типа int , то есть отдельные строки таблицы. А переменная table фактически представляет указатель на массив указателей на строки таблицы.

Для хранения количества элементов в каждом подмассиве определяется указатель rows типа int . Фактически он хранит количество столбцов для каждой строки таблицы.

Сначала вводится количество строк в переменную rowscount . Количество строк - это количество указателей в массиве, на который указывает указатель table . И кроме того, количество строк - это количество элементов в динамическом массиве, на который указывает указатель rows . Поэтому вначале необходимо для всех этих массивов выделить память:

Table = calloc(rowscount, sizeof(int*)); rows = malloc(sizeof(int)*rowscount);

Далее в цикле осуществляется ввод количества столбцов для каждый строки. Введенное значение попадает в массив rows. И в соответствии с введенным значением для каждой строки выделяется необходимый размер памяти:

Scanf("%d", &rows[i]); table[i] = calloc(rows[i], sizeof(int));

Затем производится ввод элементов для каждой строки.

В конце работы программы при выводе происходит освобождение памяти. В программе память выделяется для строк таблицы, поэтому эту память надо освободить:

Free(table[i]);

И кроме того, освобождается память, выделенная для указателей table и rows:

Free(table); free(rows);

Консольный вывод программы:

Rows count=2 Columns count for 1=3 table=1 table=2 table=3 Columns count for 2=2 table=4 table=5 1 2 3 4 5

Итак. третий тип, самый интересный в этой теме для нас – динамический тип памяти.

Как мы работали с массивами раньше? int a Как мы работаем сейчас? Выделяем столько, сколько нужно:

#include < stdio.h> #include < stdlib.h> int main () { size_t size; // Создаём указатель на int // – по сути, пустой массив. int *list; scanf (" %lu " , &size); // Выделяем память для size элементов размером int // и наш "пустой массив" теперь ссылается на эту память. list = (int *)malloc (size * sizeof (int )); for (int i = 0 ; i < size; ++i) { scanf (" %d " < size; ++i) { printf (" %d " , *(list + i)); } // Не забываем за собой прибраться! free (list); } // *

Void * malloc(size_t size);

Но в общем и целом это функция, выделяет size байт неинициализированной памяти (не нули, а мусор).

Если выделение прошло успешно, то возвращается указатель на самый первый байт выделенной памяти.

Если неуспешно – NULL. Также errno будет равен ENOMEM (эту замечательную переменную мы рассмотрим позднее). То есть правильнее было написать:

#include < stdio.h> #include < stdlib.h> int main () { size_t size; int *list; scanf (" %lu " , &size); list = (int *)malloc (size * sizeof (int )); if (list == NULL ) { goto error; } for (int i = 0 ; i < size; ++i) { scanf (" %d " , list + i); } for (int i = 0 ; i < size; ++i) { printf (" %d " , *(list + i)); } free (list); return 0 ; error: return 1 ; } // *

Очищать NULL указатель не нужно

#include < stdlib.h> int main () { free (NULL ); }

– в том же clang всё пройдёт нормально (сделает ничто), но в более экзотических случаях вполне может крэшнуть программу.

Рядом с malloc и free в мане можно увидеть ещё:

    void * calloc (size_t count, size_t size);

    Равно как и malloc выделит память под count объектов размером по size байт. Выделяемая память инициализируется нулями.

    void * realloc (void *ptr, size_t size);

    Перевыделяет (если может) память, на которую указывает ptr , в размере size байт. Если не хватает места для увеличения выделенной памяти, на которое указывает ptr , realloc создает новое выделение (аллокацию), копирует старые данные, на которые указывает ptr , освобождает старое выделение и возвращает указатель на выделенную память.

    Если ptr равен NULL , realloc идентичен вызову malloc .

    Если size равен нулю, а ptr не NULL , выделяется кусок памяти минимального размера, а исходная освобождается.

    void * reallocf (void *ptr, size_t size);

    Придумка из FreeBSD API. Как и realloc , но если не сможет перевыделить, очищает принятый указатель.

    void * valloc (size_t size);

    Как и malloc , но выделенная память выравнивается по границе страницы.