Foreversoft.ru

IT Справочник
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Язык си malloc

Динамическое выделение памяти в Си

Очень часто возникают задачи обработки массивов данных, размерность которых заранее неизвестна. В этом случае возможно использование одного из двух подходов:

  • выделение памяти под статический массив, содержащий максимально возможное число элементов, однако в этом случае память расходуется не рационально;
  • динамическое выделение памяти для хранение массива данных.

Для использования функций динамического выделения памяти необходимо описать указатель, представляющий собой начальный адрес хранения элементов массива.

Начальный адрес статического массива определяется компилятором в момент его объявления и не может быть изменен.

Для динамического массива начальный адрес присваивается объявленному указателю на массив в процессе выполнения программы.

Стандартные функции динамического выделения памяти

Функции динамического выделения памяти находят в оперативной памяти непрерывный участок требуемой длины и возвращают начальный адрес этого участка.

Функции динамического распределения памяти:

Для использования функций динамического распределения памяти необходимо подключение библиотеки :

Поскольку обе представленные функции в качестве возвращаемого значения имеют указатель на пустой тип void , требуется явное приведение типа возвращаемого значения.

Для определения размера массива в байтах, используемого в качестве аргумента функции malloc() требуется количество элементов умножить на размер одного элемента. Поскольку элементами массива могут быть как данные простых типов, так и составных типов (например, структуры), для точного определения размера элемента в общем случае рекомендуется использование функции

Память, динамически выделенная с использованием функций calloc(), malloc() , может быть освобождена с использованием функции

«Правилом хорошего тона» в программировании является освобождение динамически выделенной памяти в случае отсутствия ее дальнейшего использования. Однако если динамически выделенная память не освобождается явным образом, она будет освобождена по завершении выполнения программы.

Динамическое выделение памяти для одномерных массивов

Форма обращения к элементам массива с помощью указателей имеет следующий вид:

Пример на Си : Организация динамического одномерного массива и ввод его элементов.

Результат выполнения программы:

Динамическое выделение памяти для двумерных массивов

Пусть требуется разместить в динамической памяти матрицу, содержащую n строк и m столбцов. Двумерная матрица будет располагаться в оперативной памяти в форме ленты, состоящей из элементов строк. При этом индекс любого элемента двумерной матрицы можно получить по формуле

index = i*m+j;

где i — номер текущей строки; j — номер текущего столбца.

Рассмотрим матрицу 3×4 (см. рис.)

Индекс выделенного элемента определится как

index = 1*4+2=6

Объем памяти, требуемый для размещения двумерного массива, определится как

n·m·(размер элемента)

Однако поскольку при таком объявлении компилятору явно не указывается количество элементов в строке и столбце двумерного массива, традиционное обращение к элементу путем указания индекса строки и индекса столбца является некорректным:

Правильное обращение к элементу с использованием указателя будет выглядеть как

  • p — указатель на массив,
  • m — количество столбцов,
  • i — индекс строки,
  • j — индекс столбца.

Пример на Си Ввод и вывод значений динамического двумерного массива

Результат выполнения

Возможен также другой способ динамического выделения памяти под двумерный массив — с использованием массива указателей. Для этого необходимо:

  • выделить блок оперативной памяти под массив указателей;
  • выделить блоки оперативной памяти под одномерные массивы, представляющие собой строки искомой матрицы;
  • записать адреса строк в массив указателей.

Графически такой способ выделения памяти можно представить следующим образом.

При таком способе выделения памяти компилятору явно указано количество строк и количество столбцов в массиве.
Пример на Си

Результат выполнения программы аналогичен предыдущему случаю.

С помощью динамического выделения памяти под указатели строк можно размещать свободные массивы. Свободным называется двухмерный массив (матрица), размер строк которого может быть различным. Преимущество использования свободного массива заключается в том, что не требуется отводить память компьютера с запасом для размещения строки максимально возможной длины. Фактически свободный массив представляет собой одномерный массив указателей на одномерные массивы данных.

Для размещения в оперативной памяти матрицы со строками разной длины необходимо ввести дополнительный массив m , в котором будут храниться размеры строк.

Пример на Си : Свободный массив

Результат выполнения

Перераспределение памяти

Если размер выделяемой памяти нельзя задать заранее, например при вводе последовательности значений до определенной команды, то для увеличения размера массива при вводе следующего значения необходимо выполнить следующие действия:

  • Выделить блок памяти размерности n+1 (на 1 больше текущего размера массива)
  • Скопировать все значения, хранящиеся в массиве во вновь выделенную область памяти
  • Освободить память, выделенную ранее для хранения массива
  • Переместить указатель начала массива на начало вновь выделенной области памяти
  • Дополнить массив последним введенным значением

Все перечисленные выше действия (кроме последнего) выполняет функция

  • ptr — указатель на блок ранее выделенной памяти функциями malloc() , calloc() или realloc() для перемещения в новое место. Если этот параметр равен NULL , то выделяется новый блок, и функция возвращает на него указатель.
  • size — новый размер, в байтах, выделяемого блока памяти. Если size = 0 , ранее выделенная память освобождается и функция возвращает нулевой указатель, ptr устанавливается в NULL .

Размер блока памяти, на который ссылается параметр ptr изменяется на size байтов. Блок памяти может уменьшаться или увеличиваться в размере. Содержимое блока памяти сохраняется даже если новый блок имеет меньший размер, чем старый. Но отбрасываются те данные, которые выходят за рамки нового блока. Если новый блок памяти больше старого, то содержимое вновь выделенной памяти будет неопределенным.

Пример на Си Выделить память для ввода массива целых чисел. После ввода каждого значения задавать вопрос о вводе следующего значения.

Результат выполнения

Динамическое выделение памяти в C с использованием malloc (), calloc (), free () и realloc ()

Поскольку C является структурированным языком, он имеет некоторые фиксированные правила для программирования. Один из них включает в себя изменение размера массива. Массив — это набор элементов, хранящихся в постоянных ячейках памяти.

Как можно видеть, что длина (размер) массива выше составляет 9. Но что, если есть требование изменить эту длину (размер). Например,

    Если есть ситуация, когда в этот массив нужно ввести только 5 элементов. В этом случае остальные 4 индекса просто тратят впустую память в этом массиве. Поэтому существует требование уменьшить длину (размер) массива с 9 до 5.

  • Возьми другую ситуацию. В этом массиве из 9 элементов заполнены все 9 индексов. Но есть необходимость ввести еще 3 элемента в этот массив. В этом случае требуется еще 3 показателя. Таким образом, длина (размер) массива должна быть изменена с 9 до 12.
  • Эта процедура называется динамическим выделением памяти в C.

    Поэтому динамическое выделение памяти C можно определить как процедуру, в которой размер структуры данных (например, массива) изменяется во время выполнения.

    C предоставляет некоторые функции для решения этих задач. C предоставляет 4 библиотечные функции, определенные в заголовочном файле для облегчения динамического выделения памяти в C-программировании. Они есть:

    Давайте рассмотрим каждый из них более подробно.

    C malloc () метод

    Метод «malloc» или «распределение памяти» в C используется для динамического выделения одного большого блока памяти с указанным размером. Он возвращает указатель типа void, который может быть приведен к указателю любой формы.

    Например:

    Since the size of int is 4 bytes, this statement will allocate 400 bytes of memory. And, the pointer ptr holds the address of the first byte in the allocated memory.

    Если места недостаточно, распределение завершается неудачно и возвращает нулевой указатель.

    // Этот указатель будет содержать

    // базовый адрес созданного блока

    // Получить количество элементов для массива

    printf ( «Enter number of elements: %dn» , n);

    // Динамически распределяем память с помощью malloc ()

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

    // Проверьте, была ли память успешно

    // распределяется по malloc или нет

    printf ( «Memory not allocated.n» );

    // Память была успешно распределена

    printf ( «Memory successfully allocated using malloc.n» );

    // Получить элементы массива

    // Распечатать элементы массива

    printf ( «The elements of the array are: » );

    printf ( «%d, » , ptr[i]);

    C calloc () метод

    Метод «calloc» или «непрерывное распределение» в C используется для динамического выделения указанного количества блоков памяти указанного типа. Он инициализирует каждый блок значением по умолчанию «0».

    Читать еще:  Язык си классы

    Например:

    This statement allocates contiguous space in memory for 25 elements each with the size of the float.

    Если места недостаточно, распределение завершается неудачно и возвращает нулевой указатель.

    // Этот указатель будет содержать

    // базовый адрес созданного блока

    // Получить количество элементов для массива

    printf ( «Enter number of elements: %dn» , n);

    // Динамически распределяем память с помощью calloc ()

    ptr = ( int *) calloc (n, sizeof ( int ));

    // Проверьте, была ли память успешно

    // распределяется по calloc или нет

    printf ( «Memory not allocated.n» );

    // Память была успешно распределена

    printf ( «Memory successfully allocated using calloc.n» );

    // Получить элементы массива

    // Распечатать элементы массива

    printf ( «The elements of the array are: » );

    printf ( «%d, » , ptr[i]);

    C free () метод

    «Свободный» метод C используется для динамического де-выделить память. Память, выделенная с использованием функций malloc () и calloc (), не выделяется самостоятельно. Следовательно, метод free () используется всякий раз, когда происходит динамическое выделение памяти. Это помогает уменьшить потери памяти, освобождая ее.

    // Этот указатель будет содержать

    // базовый адрес созданного блока

    // Получить количество элементов для массива

    printf ( «Enter number of elements: %dn» , n);

    // Динамически распределяем память с помощью malloc ()

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

    // Динамически распределяем память с помощью calloc ()

    ptr1 = ( int *) calloc (n, sizeof ( int ));

    // Проверьте, была ли память успешно

    // распределяется по malloc или нет

    if (ptr == NULL || ptr1 == NULL) <

    printf ( «Memory not allocated.n» );

    // Память была успешно распределена

    printf ( «Memory successfully allocated using malloc.n» );

    printf ( «Malloc Memory successfully freed.n» );

    // Память была успешно распределена

    printf ( «nMemory successfully allocated using calloc.n» );

    printf ( «Calloc Memory successfully freed.n» );

    C realloc () метод

    Метод «realloc» или «перераспределение» в C используется для динамического изменения выделения памяти ранее выделенной памяти. Другими словами, если памяти, ранее выделенной с помощью malloc или calloc, недостаточно, realloc может использоваться для динамического перераспределения памяти .

    Если места недостаточно, распределение завершается неудачно и возвращает нулевой указатель.

    // Этот указатель будет содержать

    // базовый адрес созданного блока

    // Получить количество элементов для массива

    printf ( «Enter number of elements: %dn» , n);

    // Динамически распределяем память с помощью calloc ()

    ptr = ( int *) calloc (n, sizeof ( int ));

    // Проверьте, была ли память успешно

    // распределяется по malloc или нет

    printf ( «Memory not allocated.n» );

    // Память была успешно распределена

    printf ( «Memory successfully allocated using calloc.n» );

    // Получить элементы массива

    // Распечатать элементы массива

    printf ( «The elements of the array are: » );

    printf ( «%d, » , ptr[i]);

    // Получить новый размер для массива

    printf ( «nnEnter the new size of the array: %dn» , n);

    // Динамически перераспределяем память с помощью realloc ()

    ptr = realloc (ptr, n * sizeof ( int ));

    // Память была успешно распределена

    printf ( «Memory successfully re-allocated using realloc.n» );

    // Получить новые элементы массива

    // Распечатать элементы массива

    printf ( «The elements of the array are: » );

    Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
    Bauman National Library

    Персональные инструменты

    Malloc

    Malloc (от англ. memory allocation, выделение памяти) — это функция выделения динамической памяти, входящая в стандартную библиотеку языка Си.

    Содержание

    Описание

    Динамическое выделение памяти, необходимо когда размер используемого пространства заранее не известен. Для этого используется выделение памяти на куче. Недостатков у такого подхода два: во-первых, память необходимо вручную очищать, во-вторых, выделение памяти – достаточно дорогостоящая операция.Для выделения памяти существует функция malloc(), позволяющая выделять память по мере необходимости. Данная функция находится в библиотеке и имеет следующий синтаксис:

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

    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. Если функция malloc() возвратила указатель на выделенную область памяти, т.е. не равный NULL, то выполняется цикл, где записываются значения для каждого элемента. 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:

    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:

    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. [Источник 1]

    Разбор кода

    Функция выделяет size байтов памяти и возвращает указатель на неё. Если память выделить не удалось, то функция возвращает NULL. Так как malloc возвращает указатель типа void, то его необходимо явно приводить к нужному нам типу. Например, создадим указатель, после этого выделим память размером в 100 байт.

    После этого необходимо освободить память функцией free. Используя указатель, можно работать с выделенной памятью как с массивом. Пример: пользователь вводит число – размер массива, создаём массив этого размера и заполняем его квадратами чисел по порядку. После этого выводим и удаляем массив.

    Здесь (int *) – обозначает приведение типов. Необходимо написать такой же тип, как и у указателя. size * sizeof(int) – обозначает сколько байт выделить. sizeof(int) – обозначает размер одного элемента массива.

    После этого необходимо начать работать с указателем точно также, как и с массивом. В конце не забываем удалять выделенную память. Теперь представим на рисунке, что происходило. Пусть введём число 5 (см. рисунок 1).

    Как видно на картинке функция malloc выделила память на куче по определённому адресу, после чего вернула его. Теперь указатель p хранит этот адрес и может им пользоваться для работы. В принципе, он может использоваться и любым другим адресом. Когда функция malloc «выделяет память», то она резервирует место на куче и возвращает адрес этого участка. У пользователя будет гарантия, что компьютер не отдаст память кому-то ещё. Когда пользователь вызывает функцию free, то он освобождает память, то есть говорит компьютеру, что эта память может быть использована кем-то другим. Он может использовать память, а может и нет. При этом сама переменная не зануляется, она продолжает хранить адрес, которым ранее пользовалась. [Источник 2]

    Читать еще:  Квадратный корень в си шарп

    Характерные ошибки при использовании

    Память остаётся «занятой», даже если ни один указатель в программе на неё не ссылается (для освобождения памяти используется функция free). Накопление «потерянных» участков памяти приводит к постепенной деградации системы. Ошибки, связанные с неосвобождением занятых участков памяти, называются утечками памяти (англ. memory leaks).

    • Если объём обрабатываемых данных больше, чем объём выделенной памяти, возможно повреждение других областей динамической памяти. Такие ошибки называются ошибками переполнения буфера (англ. buffer overflow).
    • Если указатель на выделенную область памяти после освобождения продолжает использоваться, то при обращении к «уже не существующему» блоку динамической памяти может произойти исключение (англ. exception), сбой программы, повреждение других данных или не произойти ничего (в зависимости от типа операционной системы и используемого аппаратного обеспечения).
    • Если для одной области памяти free вызывается более чем один раз, то это может повредить данные самой библиотеки, содержащей malloc/free, и привести к непредсказуемому поведению в произвольные моменты времени. [Источник 3]

    Защитный Malloc

    Защитный Malloc является специальной версией malloc библиотеки, заменяющей стандартную библиотеку во время отладки. Охраняет использование Malloc несколькими метододами,чтобы попытаться разрушить Ваше приложение в отдельном моменте, где происходит ошибка памяти. Например, когда память освобождена, это помещает отдельные выделения памяти на различных страницах виртуальной памяти и затем удаляет всю страницу. Последующие попытки получить доступ к освобожденной памяти вызывают непосредственное исключение памяти, а не слепой доступ в память, которая могла бы теперь содержать другие данные. Когда катастрофический отказ происходит, можно тогда пойти и проверить точку отказа в отладчике для идентификации проблемы.

    • Обнаружение дважды освобожденной памяти

    malloc библиотека сообщает о попытках вызвать free на уже освобожденном буфере. Если Вы включили MallocStackLoggingNoCompact опция, можно использовать зарегистрированные данные стека для обнаружения где в коде второе free вызов был выполнен. Можно тогда использовать эту информацию, чтобы установить надлежащую точку останова в отладчике и разыскать проблему.

    • Обнаружение повреждения «кучи»

    Для включения проверки «кучи» присвойте значения MallocCheckHeapStart и MallocCheckHeapEach переменные окружения. Необходимо установить обе из этих переменных для включения проверки «кучи». MallocCheckHeapStart переменная говорит malloc библиотеке сколько malloc вызовы для обработки прежде, чем инициировать первую проверку «кучи». Установите второе в число malloc вызовы для обработки между проверками «кучи». MallocCheckHeapStart когда повреждение «кучи» происходит в предсказуемое время, переменная полезна. Как только это поражает надлежащую стартовую точку, malloc библиотека начинает регистрировать сообщения выделения к Окну терминала. Можно наблюдать число выделений и использовать эту информацию для определения приблизительно, где повреждается «куча». Скорректируйте значения для MallocCheckHeapStart и MallocCheckHeapEach по мере необходимости сужать реальную точку повреждения.

    • Обнаружение ошибок разрушения памяти

    Для нахождения ошибок разрушения памяти включите MallocScribble переменная. Эта переменная пишет недопустимые данные в освобожденные блоки памяти, выполнение которых заставляет исключению происходить. При использовании этой переменной необходимо также установить MallocStackLogging и MallocStackLoggingNoCompact переменные для журналирования расположения исключения. Когда исключение происходит, можно тогда использовать malloc_history команда для разыскивания кода, выделившего блок памяти. Можно тогда использовать эту информацию, чтобы отследить через код и искать любые непрекращающиеся указатели на этот блок. [Источник 4]

    Обобщение

    Функция malloc позволяет выделять динамическую память и работает так: Malloc возвращает указатель void на выделенное пространство или NULL Если возникает нехватка памяти. Для возврата указателя на тип, отличное от void, стоит использовать приведение типов для возвращаемого значения. Дисковое пространство, на который указывает возвращаемое значение, будет гарантированно соответствовать требованиям к выравниванию для хранения объектов любого типа, если таковые требования не превышают базовые (В Visual C++, базовые основное выравнивание, необходимое для двойные, или 8 байт. В коде для 64-разрядных платформ это ограничение составляет 16 байтов.)

    Динамическое выделение памяти

    malloc

    В предыдущей главе уже обсуждалось, что локальные переменные кладутся на стек и существую до тех пор, пока мы не вышли из функции. С одной стороны, это позволяет автоматически очищать память, с другой стороны, существует необходимость в переменных, время жизни которых мы можем контролировать самостоятельно. Кроме того, нам необходимо динамическое выделение памяти, когда размер используемого пространства заранее не известен. Для этого используется выделение памяти на куче. Недостатков у такого подхода два: во-первых, память необходимо вручную очищать, во-вторых, выдеение памяти – достаточно дорогостоящая операция.

    Для выделения памяти на куче в си используется функция malloc (memory allocation) из библиотеки stdlib.h

    Функция выделяет size байтов памяти и возвращает указатель на неё. Если память выделить не удалось, то функция возвращает NULL. Так как malloc возвращает указатель типа void, то его необходимо явно приводить к нужному нам типу. Например, создадим указатель, после этого выделим память размером в 100 байт.

    После того, как мы поработали с памятью, необходимо освободить память функцией free.
    Используя указатель, можно работать с выделенной памятью как с массивом. Пример: пользователь вводит число – размер массива, создаём массив этого размера и заполняем его квадратами чисел по порядку. После этого выводим и удаляем массив.

    Здесь (int *) – приведение типов. Пишем такой же тип, как и у указателя.
    size * sizeof(int) – сколько байт выделить. sizeof(int) – размер одного элемента массива.
    После этого работаем с указателем точно также, как и с массивом. В конце не забываем удалять выделенную память.

    Теперь представим на рисунке, что у нас происходило. Пусть мы ввели число 5.

    Функция malloc выделила память на куче по определённому адресу, после чего вернула его. Теперь указатель p хранит этот адрес и может им пользоваться для работы. В принципе, он может пользоваться и любым другим адресом.
    Когда функция malloc «выделяет память», то она резервирует место на куче и возвращает адрес этого участка. У нас будет гарантия, что компьютер не отдаст нашу память кому-то ещё. Когда мы вызываем функцию free, то мы освобождаем память, то есть говорим компьютеру, что эта память может быть использована кем-то другим. Он может использовать нашу память, а может и нет, но теперь у нас уже нет гарантии, что эта память наша. При этом сама переменная не зануляется, она продолжает хранить адрес, которым ранее пользовалась.

    Это очень похоже на съём номера в отеле. Мы получаем дубликат ключа от номера, живём в нём, а потом сдаём комнату обратно. Но дубликат ключа у нас остаётся. Всегда можно зайти в этот номер, но в нём уже кто-то может жить. Так что наша обязанность – удалить дубликат.

    Иногда думают, что происходит «создание» или «удаление» памяти. На самом деле происходит только перераспределение ресурсов.

    Освобождение памяти с помощью free

    Т еперь рассмотри, как происходит освобождение памяти. Переменная указатель хранит адрес области памяти, начиная с которого она может им пользоваться. Однако, она не хранит размера этой области. Откуда тогда функция free знает, сколько памяти необходимо освободить?

    Очевидно, что информация о размере выделенного участка должна где-то храниться. Есть несколько решения этой проблемы.

    • 1. Можно создать карту, в которой будет храниться размер выделенного участка. Каждый раз при освобождении памяти компьютер будет обращаться к этим данным и получать нужную информацию.
    • 2. Второе решение более распространено. Информация о размере хранится на куче до самих данных. Таким образом, при выделении памяти резервируется места больше и туда записывается информация о выделенном участке. При освобождении памяти функция free «подсматривает», сколько памяти необходимо удалить.
    Читать еще:  Язык си модуль числа

    Функция free освобождает память, но при этом не изменяет значение указателя, о чём нужно помнить.

    Работа с двумерными и многомерными массивами

    Д ля динамического создания двумерного массива сначала необходимо создать массив указателей, после чего каждому из элементов этого массива присвоить адрес нового массива.
    Для удаления массива необходимо повторить операцию в обратном порядке — удалить сначала подмассивы, а потом и сам массив указателей.

    Сначала мы создаём массив указателей, а после этого каждому элементу этого массива присваиваем адрес вновь созданного массива. Это значит, что можно

    • 1. Создавать массивы «неправильной формы», то есть массив строк, каждая из которых имеет свой размер.
    • 2. Работать по отдельности с каждой строкой массива: освобождать память или изменять размер строки.

    Создадим «треугольный» массив и заполним его значениями

    Чтобы создать трёхмерный массив, по аналогии, необходимо сначала определить указатель на указатель на указатель, после чего выделить память под массив указателей на указатель, после чего проинициализировать каждый из массивов и т.д.

    calloc

    Ф ункция calloc выделяет n объектов размером m и заполняет их нулями. Обычно она используется для выделения памяти под массивы. Синтаксис

    realloc

    Е щё одна важная функция – realloc (re-allocation). Она позволяет изменить размер ранее выделенной памяти и получает в качестве аргументов старый указатель и новый размер памяти в байтах:

    Функция realloc может как использовать ранее выделенный участок памяти, так и новый. При этом не важно, меньше или больше новый размер – менеджер памяти сам решает, где выделять память.
    Пример – пользователь вводит слова. Для начала выделяем под слова массив размером 10. Если пользователь ввёл больше слов, то изменяем его размер, чтобы хватило места. Когда пользователь вводит слово end, прекращаем ввод и выводим на печать все слова.

    Хочу обратить внимание, что мы при выделении памяти пишем sizeof(char*), потому что размер указателя на char не равен одному байту, как размер переменной типа char.

    Ошибки при выделении памяти

    1. Бывает ситуация, при которой память не может быть выделена. В этом случае функция malloc (и calloc) возвращает NULL. Поэтому, перед выделением памяти необходимо обнулить указатель, а после выделения проверить, не равен ли он NULL. Так же ведёт себя и realloc. Когда мы используем функцию free проверять на NULL нет необходимости, так как согласно документации free(NULL) не производит никаких действий. Применительно к последнему примеру:

    Хотелось бы добавить, что ошибки выделения памяти могут случиться, и просто выходить из приложения и выкидывать ошибку плохо. Решение зависит от ситуации. Например, если не хватает памяти, то можно подождать некоторое время и после этого опять попытаться выделить память, или использовать для временного хранения файл и переместить туда часть объектов. Или выполнить очистку, сократив используемую память и удалив ненужные объекты.

    2. Изменение указателя, который хранит адрес выделенной области памяти. Как уже упоминалось выше, в выделенной области хранятся данные об объекте — его размер. При удалении free получает эту информацию. Однако, если мы изменили указатель, то удаление приведёт к ошибке, например

    Таким образом, если указатель хранит адрес, то его не нужно изменять. Для работы лучше создать дополнительную переменную указатель, с которой работать дальше.

    3. Использование освобождённой области. Почему это работает в си, описано выше. Эта ошибка выливается в другую – так называемые висячие указатели (dangling pointers или wild pointers). Вы удаляете объект, но при этом забываете изменить значение указателя на NULL. В итоге, он хранит адрес области памяти, которой уже нельзя воспользоваться, при этом проверить, валидная эта область или нет, у нас нет возможности.

    Эта программа отработает и выведет мусор, или не мусор, или не выведет. Поведение не определено.

    Если же мы напишем

    то программа выкинет исключение. Это определённо лучше, чем неопределённое поведение. Если вы освобождаете память и используете указатель в дальнейшем, то обязательно обнулите его.

    4. Освобождение освобождённой памяти. Пример

    Здесь дважды вызывается free для переменной a. При этом, переменная a продолжает хранить адрес, который может далее быть передан кому-нибудь для использования. Решение здесь такое же как и раньше — обнулить указатель явно после удаления:

    5. Одновременная работа с двумя указателями на одну область памяти. Пусть, например, у нас два указателя p1 и p2. Если под первый указатель была выделена память, то второй указатель может запросто скомпрометировать эту область:

    Рассмотрим код ещё раз.

    Теперь оба указателя хранят один адрес.

    А вот здесь происходит непредвиденное. Мы решили выделить под p2 новый участок памяти. realloc гарантирует сохранение контента, но вот сам указатель p1 может перестать быть валидным. Есть разные ситуации. Во-первых, вызов malloc мог выделить много памяти, часть которой не используется. После вызова ничего не поменяется и p1 продолжит оставаться валидным. Если же потребовалось перемещение объекта, то p1 может указывать на невалидный адрес (именно это с большой вероятностью и произойдёт в нашем случае). Тогда p1 выведет мусор (или же произойдёт ошибка, если p1 полезет в недоступную память), в то время как p2 выведет старое содержимое p1. В этом случае поведение не определено.

    Дву указателя на одну область памяти это вообще-то не ошибка. Бывают ситуации, когда без них не обойтись. Но это очередное минное поле для программиста.

    Различные аргументы realloc и malloc.

    При вызове функции malloc, realloc и calloc с нулевым размером поведение не определено. Это значит, что может быть возвращён как NULL, так и реальный адрес. Им можно пользоваться, но к нему нельзя применять операцию разадресации.
    Вызов realloc(NULL, size_t) эквиваленте вызову malloc(size_t).
    Однако, вызов realloc(NULL, 0) не эквивалентен вызову malloc(0) 🙂 Понимайте это, как хотите.

    Примеры

    1. Простое скользящее среднее равно среднему арифметическому функции за период n. Пусть у нас имеется ряд измерений значения функции. Часто эти измерения из-за погрешности «плавают» или на них присутствуют высокочастотные колебания. Мы хотим сгладить ряд, для того, чтобы избавиться от этих помех, или для того, чтобы выявить общий тренд. Самый простой способ: взять n элементов ряда и получить их среднее арифметическое. n в данном случае — это период простого скользящего среднего. Так как мы берём n элементов для нахождения среднего, то в результирующем массиве будет на n чисел меньше.

    Пусть есть ряд
    1, 4, 4, 6, 7, 8, 9, 11, 12, 11, 15
    Тогда если период среднего будет 3, то мы получим ряд
    (1+4+4)/3, (4+4+6)/3, (4+6+7)/3, (6+7+8)/3, (7+8+9)/3, (8+9+11)/3, (9+11+12)/3, (11+12+11)/3, (12+11+15)/3
    Видно, что сумма находится в «окне», которое скользит по ряду. Вместо того, чтобы каждый раз в цикле находить сумму, можно найти её для первого периода, а затем вычитать из суммы крайнее левое значение предыдущего периода и прибавлять крайнее правое значение следующего.
    Будем запрашивать у пользователя числа и период, а затем создадим новый массив и заполним его средними значениями.

    Это простой пример. Большая его часть связана со считыванием данных, вычисление среднего всего в девяти строчках.

    2. Сортировка двумерного массива. Самый простой способ сортировки — перевести двумерный массив MxN в одномерный размером M*N, после чего отсортировать одномерный массив, а затем заполнить двумерный массив отсортированными данными. Чтобы не тратить место под новый массив, мы поступим по-другому: если проходить по всем элементам массива k от 0 до M*N, то индексы текущего элемента можно найти следующим образом:
    j = k / N;
    i = k — j*M;
    Заполним массив случайными числами и отсортируем

    3. Бином Ньютона. Создадим треугольную матрицу и заполним биномиальными коэффициентами

    Если Вы желаете изучать этот материал с преподавателем, советую обратиться к репетитору по информатике

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector