Файл: ОП Конспект лекций - Паскаль.doc

Фрагмент пам'яті в 16 байт називається параграфом, тому можна сказати, що сегмент адресує пам'ять з точністю до параграфа, а зсув - з точністю до байта. Кожному сегменту відповідає безперервна область пам'яті, що окремо адресується. Сегменти можуть слідувати в пам'яті один за іншим без проміжків або з деяким інтервалом, або, нарешті, перекривати один одного.

Таким чином, по своїй внутрішній структурі будь-яким покажчиком є сукупність двох слів (даних типа WORD), що трактували як сегмент і зсув. За допомогою покажчиків можна розміщувати в динамічній пам'яті будь-якій з відомих в Турбо Паскалі типів даних. Лише деякі з них (BYTE, CHAR, SHORTINT, BOOLEAN) займають у внутрішній виставі один байт, останні - декілька суміжних. Тому насправді покажчик адресує лише перший байт даних.

Питання для контролю.

1. Дати визначення динамічної пам’ятті.

2. В чому полягає різниця при обробці данних в динамічній та статичній пам’ятті?

3. Дати визначення покажчика.

4. Як формується адреса в ПК?

5. Скільки місця в пам’ятті займає покажчик?

Тема 17: Оголошення покажчиків, виділення та звільнення динамічної пам’яті

Оголошення покажчиків

Як правило, в Турбо Паскалі покажчик зв'язується з деяким типом даних. Такі покажчики називатимемо такими, що типізуються. Для оголошення покажчика, що типізується, використовується значок ^, який поміщається перед відповідним типом, наприклад:

var

P1 :^Integer;

р2 :^Real;

type

Perconpointer = Perconrecord;

Perconrecord = record

Name : String;

Job : String;

Next : Perconpointer;

end;

Зверніть увагу: при оголошенні типа Perconpointer ми послалися на типа Perconrecord, який заздалегідь в програмі оголошений не був. Як вже наголошувалося, в Турбо Паскалі послідовно проводиться в життя принцип, відповідно до якого перед використанням якого-небудь ідентифікатора він має бути описаний. Виключення зроблене лише для покажчиків, які можуть посилатися на ще не оголошений тип даних. Це виключення зроблене не випадково. Динамічна пам'ять дає можливість реалізувати широко використовувану в деяких програмах організацію даних у вигляді списків. Кожен елемент списку має в своєму складі покажчик на сусідній елемент (рис. 17.1), що забезпечує можливість перегляду і корекції списку. Якби в Турбо Паскалі не було цього виключення, реалізація списків була б значно утруднена.

Рисунок 17.1. Облікова структура даних

У Турбо Паскалі можна оголошувати покажчик і не зв'язувати його при цьому з яким-небудь конкретним типом даних. Для цього служить стандартний тип POINTER, наприклад:

var р: pointer;

Покажчики такого роду називатимемо такими, що не типізуються. Оскільки покажчики, що не типізуються, не пов'язані з конкретним типом, з їх допомогою зручно динамічно розміщувати дані, структура і тип яких міняються в ході роботи програми.

Як вже говорилося, значеннями покажчиків є адреси змінних в пам'яті, тому слід було б чекати, що значення одного покажчика можна передавати іншому. Насправді це не зовсім так. У Турбо Паськале можна передавати значення лише між покажчиками, пов'язаними з одним і тим же типом даних. Якщо, наприклад,

var

p1,p2: integer;

р3 : Rеа1;

рр : : pointer;

то привласнення p1 := р2; сповна допустимо,

тоді як р1 := р3;

заборонено, оскільки р1 і р3 вказують на різні типи даних.

Це обмеження, проте, не поширюється на покажчики, що не типізуються, тому ми могли б записати

pp := p3;

p1 := pp;

і тим самим досягти потрібного результату.

Чи варто було вводити обмеження і тут же давати засоби для їх обходу? Вся річ у тому, що будь-яке обмеження, з одного боку, вводиться для підвищення надійності програм, а з іншої - зменшує потужність мови, робить його менш придатним для якихось вживань. У Турбо Паскалі нечисленні виключення відносно типів даних додають мові необхідну гнучкість, але їх використання вимагає від програміста додаткових зусиль і таким чином свідчить про сповна усвідомлену дію.

Виділення і звільнення динамічної пам'ятті

Вся динамічна пам'ять в Турбо Паскалі розглядається як суцільний масив байтів, який називається купою. Фізично купа розташовується в старших адресах відразу за областю пам'яті, яку займає тіло програми.

Початок купи зберігається в стандартній змінній HEAPORG (рис. 17.2), кінець - в тимчасовій HEAPEND. Поточний кордон незайнятої динамічної пам'яті вказує покажчик HEAPPTR.

Пам'ять під будь-яку динамічно розміщувану змінну виділяється процедурою NEW. Параметром звернення до цієї процедури є покажчик, що типізується. В результаті звернення покажчика набуває значення, відповідне динамічній адресі, починаючи з якої можна розмістити дані, наприклад:

var

i, j : ^Integer;

r : ^Real;

begin

New(i);

.......

end.

Після виконання цього фрагмента покажчик і придбає значення, яке перед цим мав покажчик купи HEAPPTR, а сам HEAPPTR збільшить своє значення на 2, оскільки довжина внутрішнього представлення типа INTEGER, з яким пов'язаний покажчик і, складає 2 байти (насправді це не зовсім так: пам'ять під будь-яку змінну виділяється порціями, кратними 8 байтам). Оператор

new(r);

викличе ще раз зсув покажчика HEAPPTR, але тепер уже на 6 байт, тому що така довжина внутрішнього представлення типа REAL. Аналогічним чином виділяється пам'ять і для змінної будь-якого іншого типа.

Рисунок 17.2. Розташування купи в пам'яті ПК

Після того, як покажчик придбав деяке значення, тобто став вказувати на конкретний фізичний байт пам'яті, за цією адресою можна розмістити будь-яке значення відповідного типа. Для цього відразу за покажчиком без яких-небудь пропусків ставиться значок ^, наприклад:

i^ := 2; {B область пам'яті i поміщено значення 2}

r^ := 2*pi; {У область пам'яті r поміщено значення 6.28}

Таким чином, значення, на яке вказує покажчик, тобто власне дані, розміщені в купі, позначаються значком ^, який ставиться відразу за покажчиком. Якщо за покажчиком немає значка ^, то мається на увазі адреса, по якій розміщені дані. Має сенс ще раз задуматися над тільки що сказаним: значенням будь-якого покажчика є адреса, а щоб вказати, що йдеться не про адресу, а про ті дані, які розміщені за цією адресою, за покажчиком ставиться л. Якщо Ви чітко з'ясуєте собі це, у Вас не буде проблем при роботі з динамічною пам'яттю.

Динамічно розміщені дані можна використовувати в будь-якому місці програми, де це допустимо для констант і змінних відповідного типа, наприклад:

r^ := sqr(r)+ i - 17;

Зрозуміло, абсолютно недопустимий оператор

r := sqr(r)+ i - 17;

оскільки покажчику R не можна привласнити значення речового вираження. Так само недопустимий оператор

r := sqr(r);

оскільки значенням покажчика R є адреса, і його (на відміну від того значення, яке розміщене за цією адресою) не можна зводити в квадрат. Помилковим буде і таке привласнення:

r^ :=i;

оскільки речовим даним, на які вказує R, не можна привласнити значення покажчика (адреса).

Динамічну пам'ять можна не лише забирати з купи, але і повертати назад. Для цього використовується процедура DISPOSE. Наприклад, оператори

dispose (r) ;

dispose (i) ;

повернуть в купу 8 байт, які раніше були виділені покажчикам I і R (див. вище).

Відзначимо, що процедура DISPOSE(PTR) не змінює значення покажчика PTR, а лише повертає в купу пам'ять, раніше пов'язану з цим покажчиком. Проте повторне застосування процедури до вільного покажчика приведе до виникнення помилки періоду виконання. Покажчик, що звільнився, програміст може помітити зарезервованим словом NIL. Чи помічений який-небудь покажчик чи ні, можна перевірити таким чином:

const

p: Real = NIL;

begin

.......

if p = NIL then

new(p);

.......

dispose(p);

p := NIL;

.......

end.

Жодні інші операції порівняння над покажчиками не дозволені.

Приведений вище фрагмент ілюструє переважний спосіб оголошення покажчика у вигляді константи, що типізується, з одночасним привласненням йому значення NIL. Слід врахувати, що початкове значення покажчика (при його оголошенні в розділі змінних) може бути довільним. Використання покажчиків, яким не привласнено значення процедурою NEW або іншим способом, не контролюється системою і може привести до непередбачуваних результатів. Чергування звернень до процедур NEW і DISPOSE зазвичай приводить до «комірчастої» структури пам'яті. Річ у тому, що всі операції з купою виконуються під управлінням особливої підпрограми, яка називається адміністратором купи. Вона автоматично пристиковується до Вашої програми компонувальником Турбо Паскаля і веде облік всіх вільних фрагментів в купі. При черговому зверненні до процедури NEW ця підпрограма відшукує найменший вільний фрагмент, в якому ще може розміститися необхідна змінна. Адреса початку знайденого фрагмента повертається в покажчику, а сам фрагмент або його частина потрібної довжини позначається як зайнята частина купи.

Інша можливість полягає в звільненні цілого фрагмента купи. З цією метою перед початком виділення динамічній пам'яті поточне значення покажчика HEAPPTR запам'ятовується в змінній-покажчику за допомогою процедури MARK. Тепер можна у будь-який момент звільнити фрагмент купи, починаючи від тієї адреси, яку запам'ятала процедура MARK, і до кінця динамічної пам'яті. Для цього використовується процедура RELEASE. Наприклад:

var

p,p1,p2,рЗ,р4,р5 : Integer;

begin

new(p1);

new(p2);

mark(p); .

new(p3);

new(p4);

new(p5)

......

release(p);

end.

В даному прикладі процедурою MARK(P) в покажчик Р було поміщено поточне значення HEAPPTR, проте пам'ять під змінну не резервувалася. Звернення RELEASE(P) звільнило динамічну пам'ять від поміченого місця до кінця купи. Рисунок 17.3 ілюструє механізм роботи процедур NEW-DISPOSE і NEW-MARK-RELEASE для розглянутого прикладу і для випадку, коли замість оператора RELEASE(P) використовується, наприклад, DISPOSE(P3).

Слід врахувати, що виклик RELEASE знищує список вільних фрагментів в купі, створених до цього процедурою DISPOSE, тому спільне використання обох механізмів звільнення пам'яті в рамках однієї програми не рекомендується.

Як вже наголошувалося, параметром процедури NEW може бути покажчик, що лише типізується. Для роботи з покажчиками, що не типізуються, використовуються процедури:

GETMEM (P, SIZE) - резервування пам'яті;

FREEMEM(P, SIZE) - звільнення пам'яті.

тут Р - покажчик, що не типізується;

SIZE - розмір в байтах необхідної або такої, що звільняється частини купи.

Рисунок 17.3. Стан динамічної пам'яті: а) перед звільненням; би) після Dispose(p3); у) після Release(p)

За одне звернення до купи процедурою GETMEM можна зарезервувати до 65521 байта динамічної пам'яті.

Використання процедур GETMEM-FREEMEM, як і взагалі вся робота з динамічною пам'яттю, вимагає особливої обережності і ретельного дотримання простого правила: звільняти потрібно рівно стільки пам'яті, скільки її було зарезервовано, і саме з тієї адреси, з якої вона була зарезервована.

Неважко виявити, що наявність покажчиків, що не типізуються, в Турбо Паскалі (в стандартному Паскалі їх немає) відкриває широкі можливості неявного перетворення типів. На жаль, помилки в програмі, що важко виявляються, пов'язані з некоректно використовуваними зверненнями до процедур NEW і DISPOSE, також можуть привести до небажаного перетворення типів.

Питання для контролю.

1. Як описати покажчик?

2. В чому різниця між типізованим і не типізованим покажчиками?

3. Визначення купи.

4. Які є процедури для роботи з купою?

5. Як покажчику привласнити значення?