лабораторные на Pasca (Кудрявцев)l
.pdf173
Лабораторная работа № 15
ДИНАМИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ ДАННЫХ
До сих пор мы имели дело с такими переменными, которые описы- вались в разделе Var какого–либо блока программы. Транслятор по- сле анализа этого раздела отводит каждой переменной соответст-
вующее число ячеек памяти и закрепляет их за данной переменной на все время работы блока. Такие переменные называют статиче- скими. Они не могут быть использованы системой под другие нуж- ды, даже если в процессе работы программы эти переменные боль- ше не понадобятся.
Данные могут быть организованы и другим образом. Их можно хранить в некоторой области памяти, не обозначая именем пере- менной, а используя ссылку на эту область, – аналогично тому, как иногда “обозначают” зрителя: “человек с 5–го ряда, 3–го места”.
Такой вид доступа позволяет динамически захватывать и освобож- дать память в процессе работы блока программы. Поэтому и сами переменные, которые могут создаваться и ликвидироваться по мере надобности, называют динамическими.
Рассмотрим подробнее работу с динамическими переменными, ко- торые чаще всего реализуются как связанные структуры.
Проиллюстрируем особенности такой связанной структуры на примере очереди приема к врачу. Каждый пациент запоминает че- ловека, за которым занял очередь. Все пациенты связаны в цепочку согласно очереди, но в пространстве они размещены произвольным образом: т.е. соседние элементы очереди могут располагаться в пространстве произвольно.
Подобным образом строится структура связанных данных, которые могут занимать память не подряд, а размещаться там, где есть сво- бодное место. Каждый элемент такой структуры должен “знать”, за кем он “стоит”, т.е. содержать ссылку на предыдущий элемент це- почки.
Чтобы проиллюстрировать преимущества динамических перемен- ных, продолжим аналогию с очередью пациентов.
Динамические структуры данных |
175 |
|
|
ется динамически в процессе счета (с помощью специальных про- цедур).
Обращение к динамической переменной происходит посредством ссылочной переменной, которая содержит адрес соответствующей динамической переменной.
Под ссылочную переменную транслятор отводит место в памяти машины; эта переменная имеет имя и явно упоминается в програм- ме.
Ссылочные переменные образуют новый тип данных – “ссылки” (указатели).
Динамические переменные, как правило, имеют тип “запись” (Record), т.к. должны содержать, помимо значения (целого, вещест- венного и т.п.), ссылку на другую динамическую переменную свя- занной структуры.
Пусть в памяти машины имеется динамическая переменная, содер- жащая поле целого значения 2 и поле ссылки (указатель) на другую компонентусвязанной структуры (цепочки):
2 
Адрес данной переменной (ссылки) содержится в ссылочной пере- менной R:
R
2
Обозначим тип ссылочной переменной через Point, а тип динамиче- ской переменной – через DT. Тогда этот факт описывается следую- щим образом:
Type
Point = ^ DT;
Говорят, что “тип Point указывает (ссылается) на компоненты типа DT” или “тип Point связан с типом DT”.
Ссылочную переменную R можно описать двумя способами:
a) Type Point = ^ DT;
176 |
Лабораторная работа № 15 |
|
|
Var R: Point;
либо
b) Var R: ^ DT;
Переменная R указывает на компоненты типа DT.
Чтобы связать динамические переменные в цепочку, надо в каждой компоненте иметь ссылку на предыдущую компоненту. Например, компоненты, содержащие числа 5, 10, 15, 8, должны иметь еще ин- формацию о том, где находится предыдущий элемент, т.к. это не
массив и компоненты размещаются не обязательно подряд
8 |
|
|
15 |
|
|
10 |
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Опишем тип таких данных, обозначив его DT. Очевидно, этот тип есть “запись” с двумя полями: полем целого значения (I) и полем ссылки (P)
Type DT = Record
I: Integer;
P: Point; End;
Очевидно, ссылочная переменная, указывающая на такого типа данные, должна иметь тот же тип Point. Опишем этот тип:
Type Point = ^ DT;
Как видим, возник порочный круг: для описания типа Point привле- кается понятие DT, а при описании типа DT необходимо использо-
вать Point.
Условились в этом случае сначала описывать тип ссылочной пере- менной, а затем уже тип компоненты:
Type
Point = ^ DT;
DT = Record
I: Integer End;
Правила языка Pascal только при описании ссылок допускают ис- пользование идентификатора (DT) до его описания; во всех осталь- ных случаях, прежде чем упомянуть идентификатор, необходимо описать его тип.
Динамические структуры данных |
177 |
|
|
Рассмотрим схему образования цепочки динамических данных, со- держащих числа 5, 10:
10 
5
ЭВМ необходимопроизвести следующие действия:
1.Найти и зарезервировать место в памяти для компоненты:
2.Заслать ссылку на эту компоненту (адрес) в ссылочную пе- ременную R:
R
3. Присвоить полю I значение 5:
R
5
4.Присвоить некоторой ссылочной переменной Q значение R (скопировать):
R
Q
5.Найти и зарезервировать место в памяти для новой компо- ненты:
6.Заслать в переменную R адрес этой компоненты:
R
Динамические структуры данных |
179 |
|
|
Рассмотрим действия со ссылочными переменными на следующей схеме. Пусть Q и R указывают на различные компоненты динами- ческих переменных типа C:
C = Record
I: Integer;
P: Point End;
Пусть в памяти ЭВМ размещены две цепочки динамических пере- менных (Рис. 3.).
R
15 25
20 30
Q
Рис. 3
Выполним один из четырех операторов:
Q:= R; Q^:= R^; Q^.I:= R^.I; Q^.P:= R^.P;
a) После выполнения оператора Q:= R; переменная Q указыва- ет на ту же динамическую переменную, что и R;
R
15 25
Q
b) После выполнения оператора Q^:= R^; из исходного состоя- ния (Рис. 3.) получим
R 15 |
25 |
|
15 Q
На место указанной переменной
20 
указывавшей на 30, заслана переменная
20
заслана ссылка на ком
Динамические структуры данных |
181 |
|
|
В качестве аналога нуля для ссылочных переменных принято спе- циальное значение Nil. Если переменная имеет значение Nil, то это означает, что она не указывает ни на какую переменную. Значение Nil в поле указателя имеет всегда первая компонента цепочки дина- мических переменных.
Пример.
L
1 
100 
200 NIL
Значение Nil можно заслать оператором присваивания: L:= Nil; если L = Nil, то цепочка пуста.
Чтобы определить, что данный элемент является первым в цепочке переменных, достаточно проверить на Nil значение поля указателя этой переменной.
Пример.
If L^.P = Nil then . . .
Замечание. Попытка обратиться к указанной переменной с указа- телем, имеющим значение Nil, приводит к ошибке. Диагностика при этом не всегда выдается.
Динамическая переменная, созданная процедурой New, может быть “стерта” только процедурой Dispose. Общий вид:
Dispose (R);
Здесь R – ссылочная переменная, указывающая на ту динамиче- скую переменную, которую следует стереть. После стирания дина- мической переменной R^ нельзя использовать значение R, такая ошибка может привести к порче памяти и другим серьезным по- следствиям.
Динамические переменные, не стертые посредством Dispose, про- должают занимать место в памяти после окончания работы соот- ветствующего блока программы (становятся “мусором”). Поэтому
необходимо все лишние динамические переменные стереть перед окончанием работы блока.
Процедуры и функции управления динамической памятью приве- дены в таблице 1.
