Выделение и освобождение динамической памяти

Вся динамическая память в Турбо Паскале рассматривается как сплошной массив байтов, который называется кучей. Физически куча располагается в старших адресах сразу за областью памяти, которую занимает
тело программы.
Начало кучи хранится в стандартной переменной HEAPORG, конец - в переменной HEAPEND. Текущую границу незанятой динамической памяти указывает указатель HEAPPTR.

Расположение кучи в памяти ПК

Память под любую динамически размещаемую переменную выделяется процедурой NEW. Параметром обращения к этой процедуре является типизированный указатель. В результате обращения указатель приобретает значение, соответствующее динамическому адресу, начиная с которого можно разместить данные, например:

Var

i, j: ^integer;

r: ^real;

Begin

New(i);

.....

end.

После выполнения этого фрагмента указатель i приобретет значение, которое перед этим имел указатель кучи HEAPPTR, а сам HEAPPTR увеличит свое значение на 2, так как длина внутреннего представления типа INTEGER, с которым связан указатель i, составляет 2 байта (на самом деле это не совсем так: память под любую переменную выделяется порциями, кратными 8 байтам). Оператор

new(r);

вызовет еще раз смещение указателя HEAPPTR, но теперь уже на 6 байт, потому что такова длина внутреннего представления типа REAL. Аналогичным образом выделяется память и для переменной любого другого типа. После того как указатель приобрел некоторое значение, т.е. стал указывать на конкретный физический байт памяти, по этому адресу можно разместить любое значение соответствующего типа. Для этого сразу за указателем без каких-либо пробелов ставится значок ^, например:

i^:= 2; {В область памяти i помещено значение 2}

r^:= 2*pi; {В область памяти r помещено значение 6.28}

Таким образом, значение, на которое указывает указатель, т.е. собственно данные, размещенные в куче, обозначаются значком ^, который ставится сразу за указателем. Если за указателем нет значка ^, то имеется виду адрес, по которому размещены данные. Имеет смысл еще раз задуматься над только что сказанным: значением любого указателя является адрес, а чтобы указать, что речь идет не об адресе, а о тех данных, которые размещены по этому адресу, за указателем ставится ^. Если Вы четко уясните себе это, у Вас не будет проблем при работе с динамической памятью.
Динамически размещенные данные можно использовать в любом месте программы, где это допустимо для констант и переменных соответствующего типа, например:

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

Разумеется, совершенно недопустим оператор

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

так как указателю R нельзя присвоить значение вещественного выражения. Точно так же недопустим оператор

r^:= sqr(r);

поскольку значением указателя R является адрес, и его (в отличие от того значения, которое размещено по этому адресу) нельзя возводить в квадрат. Ошибочным будет и такое присваивание:

r^:= i;

так как вещественным данным, на которые указывает R, нельзя присвоить значение указателя (адрес).
Динамическую память можно не только забирать из кучи, но и возвращать обратно. Для этого используется процедура DISPOSE. Например, операторы

dispose(r);

dispose(i);

вернут в кучу 8 байт, которые ранее были выделены указателям I и R.
Отметим, что процедура DISPOSE(PTR) не изменяет значения указателя PTR, а лишь возвращает в кучу память, ранее связанную с этим указателем. Однако повторное применение процедуры к свободному указателю приведет к возникновению ошибки периода исполнения. Освободившийся указатель программист может пометить зарезервированным словом NIL. Помечен ли какой-либо указатель или нет, можно проверить следующим образом:

Const

р: ^real = NIL;

Begin

.....

if р = NIL then

new(p);

.....

dispose(p);

p:= NIL;

.....

end.

Никакие другие операции сравнения над указателями не разрешены. Приведенный выше фрагмент иллюстрирует предпочтительный способ объявления указателя в виде типизированной константы с одновременным присвоением ему значения NIL. Следует учесть, что начальное значение указателя (при его объявлении в разделе переменных) может быть произвольным. Использование указателей, которым не присвоено значение процедурой NEW или другим способом, не контролируется системой и может привести к непредсказуемым результатам. Чередование обращений к процедурам NEW и DISPOSE обычно приводит к ╚ячеистой╩ структуре памяти. Дело в том, что все операции с ней выполняются под управлением особой подпрограммы, которая называется администратором кучи. Она автоматически пристыковывается к нашей программе компоновщиком Турбо Паскаля и ведет учет всех сводных фрагментов в куче. При очередном обращении к процедуре NEW эта подпрограмма отыскивает наименьший свободный фрагмент, в котором еще может разместиться требуемая переменная. Адрес начала найденного фрагмента возвращается в указателе, а сам фрагмент или его часть нужной длины помечается как занятая часть кучи.
Другая возможность состоит в освобождении целого фрагмента кучи. С этой целью перед началом выделения динамической памяти текущее значение указателя HEAPPTR запоминается в переменной-указателе с ющью процедуры MARK. Теперь можно в любой момент освободить фрагмент кучи, начиная от того адреса, который запомнила процедура MARК, и до конца динамической памяти. Для этого используется процедура RELEASE. Например:

Var

p,p1,p2,р3,р4,р5: ^integer;

Begin

new(p1);

new(p2);

mark(p);

new(p3);

new(p4);

new(p5);

.....

release(p);

end.

В этом примере процедурой MARK(P) в указатель Р было помещено тукущее значение HEAPPTR, однако память под переменную не резервировалась. Обращение RELEASE(P) освободило динамическую память от помеченного места до конца кучи. Пирведенный ниже рисунок иллюстрирует механизм работы процедур NEW-DISPOSE и NEW-MARK-RELEASE для рассмотренного примера и для случая, когда вмемто оператора RELEASE(P) используется, например, DISPOSE(P3).

а) б) в)

Состояние динамической памяти:
а) перед освобождением; б) после Dispose(p3); в) после Release(p)

Следует учесть, что вызов RELEASE уничтожает список свободных фрагментов в куче, созданных до этого процедурой DISPOSE, поэтому совместное использование обоих механизмов освобождения памяти в рамках одной программы не рекомендуется.

16. Перечислимый, ограниченный типы данных. Типы данных вводимые пользователем. Ограниченный тип данных представляет собой интервал значений порядкового типа, называемого базовым типом. Описание типа задаёт наименьшее и наибольшее значения, входящие в этот интервал.Например, Var a: 1..25; ch: 'a'..'z';Здесь переменные а и ch могут принимать значения только из указанного интервала; базовым типом для переменой а является целый тип, а для переменной ch - символьный.Переменная ограниченного типа сохраняет все свойства переменных базового типа.Для чего вводится ограниченный тип данных? Использование ограниченного типа делает программу наиболее понятной и наглядной. Например, если в программе переменная b может принимать только значения 3, 4, 5, 6, 7, 8, то лучше описать её следующим образом: Var b: 3..8;, чем Var b: Integer; так как в случае выхода значения b за диапазон 3..8 в первом случае будет выдано диагностическое сообщение, которое поможет найти ошибку. Во втором случае будет получен неправильный результат, что затруднит поиск ошибки. Таким образом, второй вариант описания переменной следует использовать в тех случаях, когда диапазон значений заранее неизвестен либо занимает весь допустимый интервал значений для рассматриваемого типа. Пример:Напишите программу, которая переменной t присваивает значения true, если первая дата предшествует (в рамках года) второй дате, и значение false в противном случае. Решение Так как в условии задачи оговаривается, что обе даты должны находится в рамках года, то дата должна задаваться днём и месяцем. Количество любого месяца года не может быть более 31, количество месяцев в году равно 12. Значение переменной t равно true, если номер первого месяца меньше второго, либо значение первого дня меньше второго при условии, что номера месяцев совпали. Program;
Var d1, d2: 1..31;
m1,m2: 1..12;
t:Boolean;
Begin
Write('Введите первую дату (день, месяц)');
Readln(d1, m1);
Write('Введите вторую дату (день, месяц)');
Readln(d2, m2);
t:=(m1<m2) Or ((m1=m2) And(d1<d2));
Writeln(t);
End.

Перечисляемый тип данных. Этот тип данных получил название перечисляемого, потому что он задаётся в виде перечисления некоторых значений. Эти значения образуют упорядоченное множество и являются константами этого типа. Для объявления переменной список возможных значений, разделённых запятой, указывается в круглых скобках. Например,Var month: (january, february, marth, april, may, june, jule, august, september, october, november, december);Упорядоченность элементов перечисляемого типа определяется порядком их следования. Самый левый имеет минимальное значение (значение функции ord для него равно 0), а наиболее правый - максимальное.

Типы данных, вводимые пользователем
Тип данных определяет:
- внутреннее представление данных в памяти компьютера;
- множество значений, которые могут принимать величины этого типа;
- операции и функции, которые можно применять к величинам этого типа.
Все типы языка C++ можно разделить на основные и составные. В языке C++ определено шесть основных типов данных для представления целых, вещественных, символьных и логических величин. На основе этих типов программист может вводить описание составных типов. К ним относятся массивы, перечисления, функции, структуры, ссылки, указатели, объединения и классы.
Основные типы данных
Основные (стандартные) типы данных часто называют арифметическими, поскольку их можно использовать в арифметических операциях. Для описания основных типов определены следующие ключевые слова:
int (целый);
char (символьный);
wchar_t (расширенный символьный);
bool (логический);
float (вещественный);
double (вещественный с двойной точностью).
Первые четыре типа называют целочисленными (целыми), последние два – типами с плавающей точкой. Код, который формирует компилятор для обработки целых величин, отличается от кода для величин с плавающей точкой.
Существует четыре спецификатора типа, уточняющих внутреннее представление и диапазон значений стандартных типов:
short (короткий); long (длинный); signed (знаковый);unsigned (беззнаковый).

Символьный тип (char).
Под величину символьного типа отводится количество байт, достаточное для размещения десятичного кода любого символа из набора символов для данного компьютера, что и обусловило название типа. Как правило, это 1 байт. Тип char, как и другие целые типы, может быть со знаком или без знака. В величинах со знаком можно хранить значения в диапазоне от -128 до 127. При использовании спецификатора unsigned значения могут находиться в пределах от 0 до 255. Этого достаточно для хранения любого символа из 256-символьного набора ASCII. Величины типа char применяются также для хранения целых чисел, не превышающих границы указанных диапазонов.
Логический тип (bool).
Величины логического типа могут принимать только значения true и false, являющиеся зарезервированными словами. Внутренняя форма представления значения false – 0 (нуль). Любое другое значение интерпретируется как true. При преобразовании к целому типу true имеет значение 1.
Вещественный тип (float, double и long double).
Стандарт C++ определяет три типа данных для хранения вещественных значений: float, double и long double.
Вещественные типы данных хранятся в памяти компьютера иначе, чем целочисленные. Внутреннее представление вещественного числа состоит из двух частей – мантиссы и порядка. В IBM PC-совместимых компьютерах величины типа float занимают 4 байта, из которых один двоичный разряд отводится под знак мантиссы, 8 разрядов под порядок и 23 под мантиссу.
Для величин типа double, занимающих 8 байт, под порядок и мантиссу отводится 11 и 52 разряда соответственно. Длина мантиссы определяет точ-ность числа, а длина порядка – его диапазон.
Спецификатор long перед именем типа doublе указывает, что под величину отводится 10 байт.
Диапазон значений вещественных типов определяется с помощью тестовой программы, в которой следует каким-либо образом узнать значения следующих констант:

FLT_MIN…FLT_MAX – диапазон типа float,
DBL_MIN…DBL_MAX – диапазон типа double,
LDBL_MIN…LDBL_MAX – диапазон типа long double.

Эти константы находятся в библиотеке <float.h> и следует убедиться, что она подключена.
Константы с плавающей точкой имеют по умолчанию тип double. Можно явно указать тип константы с помощью суффиксов F, f (float) и L, 1 (long). Например, константа 2E+6L будет иметь тип long doublе, а константа 1.82f – тип float.
В стандарте ANSI диапазоны значений для основных типов не задаются, определяются только соотношения между их размерами, например:

sizeof(float) < sizeof(double) < sizeof(long double)
sizeof(char) < sizeof(short) < sizeof(int) <, sizeof(long)

Различные виды целых и вещественных типов, различающиеся диапазоном и точностью представления данных, введены для того, чтобы дать программисту возможность наиболее эффективно использовать возможности конкретной аппаратуры, поскольку от выбора типа зависит скорость вычислений и объем памяти. Но оптимизированная для компьютеров какого-либо одного типа программа может стать не переносимой на другие платформы, поэтому в общем случае следует избегать зависимостей от конкретных характеристик типов данных.