Использование динамической памяти

В отличие от ранее использовавшегося статического размещения данных, когда область памяти под данные выделялась на этапе компиляции, при динамическом размещении память выделяется/освобождается при выполнении программы.

• Динамические структуры данных - структуры, размер которых заранее неизвестен или меняется при работе программы.

• ПОРЯДОК РАБОТЫ С ДИНАМИЧЕСКИМИ ПЕРЕМЕННЫМИ:

ШАГ 1. Описание переменных-ссылок для хранения адресов данных.

ШАГ 2. Выделение под динамическую переменную непрерывного участка памяти заданного размера в области кучи и сохранение ее адреса в переменной адресного типа.

ШАГ 3. Работа с динамической переменной с помощью ссылки (используется операция разыменования, см. рис. 1-3).

ШАГ 4. Освобождение памяти, занимаемой динамической переменной.

• ПРОЦЕДУРЫ УПРАВЛЕНИЯ ОБЛАСТЬЮ КУЧИ*

^*Общие для Borland Pascal, Delphi, Free Pascal. Об использовании других подпрограмм см. в справке выбранной среды разработки.

РАЗМЕЩЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПЕРЕМЕННЫХ
New(var P:Pointer) Только для ссылок. Отводит место в куче для хранения новой динамической переменной p^ ипа T и присваивает её адрес ссылке p.	Var p:^T; … New(p); …
GetMem(var P:Pointer; Size:Integer) Выделяет Size байт в куче и присваивает адрес его начала указателю или ссылке P.	GetMem(p, SizeOf(T))
ОСВОБОЖДЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПЕРЕМЕННЫХ
Dispose(var P:Pointer) Освобождает область, занимаемую динамической переменной P^, и уничтожает связь между ссылкой P и значением, на которое она указывала. Должна быть парна New, не должна применяться к неразмещенным ссылкам.	New(P); … Dispose(P);
FreeMem(var P:Pointer; Size:Integer) Освобождает Size байт в куче, начиная с адреса, записанного в указателе или ссылке P, и уничтожает связь между P и значением. Должна соответствовать размеру, указанному в GetMem, или размеру типа переменной в New.	GetMem(p, SizeOf(T)); … FreeMem(p,SizeOf(T));
Процедуры вызывают ошибку при использовании с неразмещенными ссылками или ссылками, указывающими на область памяти вне кучи.

• ПРИМЕР 2. Поменять местами значения двух переменных (a - статических, b, c - динамических).

var a) I,J,temp:Integer; begin I:=1; J:=2; temp:=J; J:=I; I:=temp; … end.

var b) pI, pJ : ^Integer; temp:Integer; begin new(PI); new(PJ); … pI^:=1; pJ^:=2; temp:=pJ^; pJ^:=pI^; pI^:=temp; … Dispose(PI); Dispose(PJ); end.

var c) pI, pJ, temp : ^Integer; begin new(PI); new(PJ); … pI^:=1; pJ^:=2; temp:=pJ; pJ:=pI; pI:=temp; … Dispose(PI); Dispose(PJ); end.

• Можно связать ссылку с областью статической памяти (не только с областью кучи). При этом выделять/освобождать память под динамическую переменную не надо. Обращение программы к такой области иногда приводит к непредсказуемым результатам.

• ПРИМЕР 3. Обращение к элементам статического массива по заданной на него ссылке.

Type

arr=array [1..10] of integer;

var

a:arr;

p:^arr;

i:integer;

begin

For i:=1 to 10 do a[i]:=i;

p:=@a; // Cсылке p передается адрес массива a

for i:=1 to 10 do writeln(p^[i]); // На экран будут выведены числа от 1 до 10

readln;

end.

• ПРИМЕР 4. Объявление и примеры использования ссылок (см. также презентацию "К2_Динамическая память.ppt")

TYPE ARR=ARRAY[1..5] of Integer;{базовый тип - массив} Var PInt: ^Integer; {ссылка на целое, 4 байта; рис. 2a} pa:^ARR; {ссылка на массив целых, 4 байта; рис. 2c} ap: Array[1..5] of ^Integer; {массив ссылок на целые, 20 байтов; рис. 2d} I:Integer; p: Pointer; Begin {1. Выделение памяти под динамические переменные} New(pInt); GetMem(pA,SizeOf(ARR)); For I:=1 to 5 do New(ap[I]); {2. Работа с данными. Если память под динамические переменные не выделена, произойдет ошибка при записи значений в произвольную область памяти} pInt^:=2; For I:=1 to 5 do ap[i]^:=i; For I:=1 to 5 do pA^[i]:=5-i+1; ... { Ниже: использование переменной p типа Pointer для обмена данными между ссылками различных типов. Где кроется причина возможной ошибки???} p:=pInt; p:=ap[1]; pA:=P; ... {3. Освобождение памяти} Dispose(pInt); FreeMem(pA,SizeOf(ARR)); For I:=1 to 5 do Dispose(ap[I]); End.

Рис. 3. Работа с динамическими переменными

• СРАВНЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ПЕРЕМЕННЫХ

  	Статические	Динамические
  Текст программы	1) Описание типов в разделе TYPE 2) Определение переменных: VAR a,b :Integer; 3) Доступ к данным - с помощью имен переменных	1) Описание типов в разделе TYPE 2) Определение переменных-ссылок для хранения адресов динамических переменных (а не их значений): VAR pa,pb :^Integer; 3) В тексте программы для размещения/освобождения динамических переменных используются процедуры NEW(GetMem)/Dispose(FreeMem). 4) Доступ к данным - при разыменовании ссылки (^).
  Компиляция	Выделение фиксированного объема памяти, равного суммарному объему всех объявленных переменных и типизированных констант.	Выделение фиксированного объема памяти для хранения адресов динамических переменных (а не их значений).
  Выполнение	Размер памяти под переменными не меняется. Переменные существуют до конца выполнения программы	Выделение/освобождение памяти для хранения динами-ческих переменных (New|GetMem / Dispose|FreeMem). Эти переменные существуют до тех пор, пока для них не будет выполнен оператор Dispose или FreeMem.

• ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ПЕРЕМЕННЫХ

1. Данные используются только там, где они необходимы.

2. Несколько переменных могут совместно использовать одну область памяти.

3. Возможно использование структур с изменяющимся размером.

4. Снимаются ограничения на размер памяти, отводимой под данные.

• ТЕМА. ДИНАМИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ ДАННЫХ. ЛИНЕЙНЫЕ СПИСКИ