Тема «Динамические структуры данных»

1. Оперативная и динамическая память

Рассматриваемые до сих пор программы использовали фрагменты памяти, резервированием которых для программы занимался компилятор. Когда в программе объявляются глобальные переменные, то компилятор при компиляции программы определяет требуемое количество байт для хранения значений переменных по их типу. Такие переменные называются статическими:

Программист может обращаться к участкам памяти по именам переменных, значения которых хранятся в них.

Оперативная память ПК представляет собой совокупность ячеек для хранения информации – байтов, каждый из которых имеет собственный номер. Эти номера называются адресами, которые позволяют обращаться к любому байту памяти.

В ПК адреса задаются совокупностью двух шестнадцатиразрядных слов, которые называются сегментом и смещением. Сегмент – это участок памяти, имеющий размер 64 Кбайт. Смещение указывает, сколько байт от начала сегмента необходимо пропустить, чтобы обратиться к нужному адресу.

Максимальный адресуемый участок памяти составляет 1Мбайт (2²⁰ байт). На современных компьютерах адресное пространство составляет 4 Гбайт (2³² байт).

Однако средства Турбо Паскаля позволяют адресовать пространство в 1Мбайт. Для этого используется 20-разрядный адрес, который получается из двух 16-разрядных адресов сегмента и смещения:

Сегмент	15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
+
Смещение					15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
=
Адрес	19	18	17	16	15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0

Все переменные, объявленные в программе, размещаются в одной непрерывной области оперативной памяти, которая называется сегментом данных.

Например, рассмотрим следующую программу:

Var

a : real; {6 байт}

c : char; {1 байт}

d : array [1..10] of integer; {10*2=20 байт}

i : integer; {2 байта}

begin

a := 4.6;

c := ’z’;

for i:=10 downto 1 do

d[i] := i*10;

end.

Рассмотрим сегмент данных программы:

Смещение
0000	0001	0002	0003	0004	0005	0006	0007	0008	0009	000A	000B	000C	000D	000E	000F
а						c	d[1]		d[2]		d[3]		d[4]		d[5]
4.6						‘z’	100		90		80		70		60
0010	0011	0012	0013	0014	0015	0016	0017	0018	0019	001A	001B	001C	001D	001E	001F
d[5]	d[6]		d[7]		d[8]		d[9]		d[10]		i
	50		40		30		20		10		0

Использование статических переменных не всегда удобно при решении многих практических задач.

Например, когда речь идет об обработке заранее неизвестного количества однотипных данных. В этом случае выделение памяти для массива, состоящего из большого количества элементов, может быть неэффективным решением. Поскольку память будет зарезервирована для массива, а фактически в программе она не будет использована.

Другая ситуация: размер выделенного массива может быть недостаточно для обработки данных.

При разработке больших программ может получиться ситуация, когда не будет хватать размера сегмента данных для размещения в нем данных.

В Паскале предусмотрена возможность размещения переменных в памяти в процессе выполнения программы. Для таких целей выделена особая область оперативной памяти, которая называется динамической памятью. Переменные, размещаемые в ней, называются динамическими, т.е. в процессе обработки, данные можно размещать и удалять из оперативной памяти.

Многие практические задачи трудно или невозможно решить без использования динамической памяти.

Размер динамической памяти определяется размером всей свободной оперативной памяти на момент загрузки программы в оперативную память.