• Списки



• Стеки



• Очереди



• Деревья

В предыдущих обзорах мы рассматривали программирование, связанное с обработкой только статических данных. Статическими величинами называются такие, память под которые выделяется во время компиляции и сохраняется в течение всей работы программы.

В языках программирования (Pascal, C, др.) существует и другой способ выделения памяти под данные, который называется динамическим. В этом случае память под величины отводится во время выполнения программы. Такие величины будем называть динамическими. Раздел оперативной памяти, распределяемый статически, называется статической памятью; динамически распределяемый раздел памяти называется динамической памятью (динамически распределяемой памятью).

Использование динамических величин предоставляет программисту ряд дополнительных возможностей. Во-первых, подключение динамической памяти позволяет увеличить объем обрабатываемых данных. Во-вторых, если потребность в каких-то данных отпала до окончания программы, то занятую ими память можно освободить для другой информации. В-третьих, использование динамической памяти позволяет создавать структуры данных переменного размера.

Работа с динамическими величинами связана с использованием еще одного типа данных — ссылочного типа. Величины, имеющие ссылочный тип, называют указателями.

Указатель содержит адрес поля в динамической памяти, хранящего величину определенного типа. Сам указатель располагается в статической памяти.

Адрес величины — это номер первого байта поля памяти, в котором располагается величина. Размер поля однозначно определяется типом.

Далее будем более подробно обсуждать указатели и действия с ними в языке Pascal, примеры будем приводить на Pascal и C.

Величина ссылочного типа (указатель) описывается в разделе описания переменных следующим образом:

		Var <идентификатор> : ^<имя типа>;

Вот примеры описания указателей:

	Type Mas1 = Array[1..100] Of Integer;
	Var 	P1 : ^Integer;
		P2 : ^String;
		Pm : ^Mas1;

Здесь P1 — указатель на динамическую величину целого типа; P2 — указатель на динамическую величину строкового типа; Pm — указатель на динамический массив, тип которого задан в разделе Type.

Сами динамические величины не требуют описания в программе, поскольку во время компиляции память под них не выделяется. Во время компиляции память выделяется только под статические величины. Указатели — это статические величины, поэтому они требуют описания.

Каким же образом происходит выделение памяти под динамическую величину? Память под динамическую величину, связанную с указателем, выделяется в результате выполнения стандартной процедуры NEW. Формат обращения к этой процедуре:

		NEW(<указатель>);

Считается, что после выполнения этого оператора создана динамическая величина, имя которой имеет следующий вид:

		<имя динамической величины> := <указатель>^

Пусть в программе, в которой имеется приведенное выше описание, присутствуют следующие операторы:

		NEW(P1); NEW(P2); NEW(Pm);

После их выполнения в динамической памяти оказывается выделенным место под три величины (две скалярные и один массив), которые имеют идентификаторы:

	P1^, P2^, Pm^

Например, обозначение P1^ можно расшифровать так: динамическая переменная, на которую ссылается указатель P1.

Дальнейшая работа с динамическими переменными происходит точно так же, как со статическими переменными соответствующих типов. Им можно присваивать значения, их можно использовать в качестве операндов в выражениях, параметров подпрограмм и пр. Например, если переменной P1^ нужно присвоить число 25, переменной P2^ присвоить значение символа "Write", а массив Pm^ заполнить по порядку целыми числами от 1 до 100, то это делается так:

		P1^ := 25;
		P2^ := 'Write';
		For I := 1 To 100 Do Pm^[I] := I;

Кроме процедуры NEW значение указателя может определяться оператором присваивания:

		<указатель> := <ссылочное выражение>;

В качестве ссылочного выражения можно использовать

• указатель;
• ссылочную функцию (т.е. функцию, значением которой является указатель);
• константу Nil.

Nil — это зарезервированная константа, обозначающая пустую ссылку, т.е. ссылку, которая ни на что не указывает. При присваивании базовые типы указателя и ссылочного выражения должны быть одинаковы. Константу Nil можно присваивать указателю с любым базовым типом.

До присваивания значения ссылочной переменной (с помощью оператора присваивания или процедуры NEW) она является неопределенной.

Ввод и вывод указателей не допускается.

Рассмотрим пример. Пусть в программе описаны следующие указатели:

		Var 	D, P : ^Integer;
			K : ^Boolean;

Тогда допустимыми являются операторы присваивания

		D := P; K := Nil;

Если динамическая величина теряет свой указатель, то она становится "мусором". В программировании под этим словом понимают информацию, которая занимает память, но уже не нужна.

Представьте себе, что в программе, в которой присутствуют описанные выше указатели, в разделе операторов записано следующее:

NEW(D); NEW(P);
{Выделено место в динамической памяти под две целые переменные. Указатели получили соответствующие значения}
D^ := 3; P^ := 5;
{Динамическим переменным присвоены значения}
P := D;
{Указатели P и D стали ссылаться на одну и ту же величину, равную 3}
WriteLn(P^, D^); {Дважды напечатается число 3}

Таким образом, динамическая величина, равная 5, потеряла свой указатель и стала недоступной. Однако место в памяти она занимает. Это и есть пример возникновения "мусора". На схеме показано, что произошло в результате выполнения оператора P := D.

В Паскале имеется стандартная процедура, позволяющая освобождать память от данных, потребность в которых отпала. Ее формат:

		DISPOSE(<указатель>);

Например, если динамическая переменная P^ больше не нужна, то оператор

		DISPOSE(P)

В версиях Турбо-Паскаля, работающих под операционной системой MS DOS, под данные одной программы выделяется 64 килобайта памяти (или, если быть точнее, 65520 байт). Это и есть статическая область памяти. При необходимости работать с большими массивами информации этого может оказаться мало. Размер динамической памяти — много больше (сотни килобайт). Поэтому использование динамической памяти позволяет существенно увеличить объем обрабатываемой информации.

Следует отчетливо понимать, что работа с динамическими данными замедляет выполнение программы, поскольку доступ к величине происходит в два шага: сначала ищется указатель, затем по нему — величина. Как это часто бывает, действует "закон сохранения неприятностей": выигрыш в памяти компенсируется проигрышем во времени.

Пример. Дан текстовый файл размером не более 64 Кб, содержащий действительные числа, по одному в каждой строке. Переписать содержимое файла в массив, разместив его в динамически распределяемой памяти. Вычислить среднее значение элементов массива. Очистить динамическую память. Создать целый массив размером 10000, заполнить его случайными целыми числами в диапазоне от –100 до 100 и вычислить его среднее значение.

{Язык Turbo Pascal}
Program Srednee;
Const NMax = 10000;
Type Diapazon = 1..NMax;
MasInt = Array[Diapazon] Of Integer;
MasReal = Array[Diapazon] Of Real;
Var PIint : ^MasInt; PReal : ^MasReal;
I, Midint : longInt; MidReal : Real; T : Text; S : string;
Begin
	Write('Введите имя файла: '); ReadLn(S);
	Assign(T, S); Reset(T); MidReal := 0; MidInt := 0;
	Randomize;
	NEW(PReal); {Выделение памяти под вещественный массив}
	{Ввод и суммирование вещественного массива}
	While Not Eof (T) Do
	Begin ReadLn(T, PReal^[I]); MidReal := MidReal + PReal^[I] End;
	DISPOSE(PReal); {Удаление вещественного массива}
	NEW(PInt); {Выделение памяти под целый массив}
	{Вычисление и суммирование целого массива}
	For I := 1 To NMax Do
	Begin PInt^[I] := -100 + Random(201); MidInt := MidInt + PInt^[I] End;
	{Вывод средних значений}
	WriteLn('среднее целое равно: ', MidInt Div NMax);
	WriteLn('среднее вещественное равно: ', (MidReal / NMax) : 10 : 6)
End.