Wlancards.ru

ПК техника, WI FI Адаптеры
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Динамические двумерные массивы

Динамические двумерные массивы

Динамические двумерные массивы в языке Си имеют сложный способ представления в памяти компьютера.

Рассмотрим одномерный массив из 10 указателей на объекты типа int:

A представляет собой указатель на указатель на int.

Кроме того, массив указателей может быть не статическим, а динамическим:

Следующий шаг сделать очень просто — по указателям, хранящимся в массиве A могут лежать не по одному значению, а по одномерному динамическому массиву таких значений.

Распределение динамической памяти в C

Динамическое выделение памяти — это ручное выделение и освобождение памяти в соответствии с вашими программными потребностями. Динамическая память управляется и обслуживается указателями, указывающими на вновь выделенное пространство памяти в области, которую мы называем кучей.

Теперь вы можете без проблем создавать и уничтожать массив элементов динамически во время выполнения. Подводя итог, автоматическое управление памятью использует стек, а распределение динамической памяти C использует кучу.

В библиотеке есть функции, отвечающие за динамическое управление памятью.

ФункцияЦель
malloc ()Выделяет память запрошенного размера и возвращает указатель на первый байт выделенного пространства.
calloc ()Выделяет пространство для элементов массива. Инициализирует элементы до нуля и возвращает указатель на память.
realloc ()Он используется для изменения размера ранее выделенного пространства памяти.
Свободный()Освобождает или очищает ранее выделенное пространство памяти.

Давайте обсудим вышеперечисленные функции с их применением.

Утилита size показывает размер разделов и общий размер для объектных файлов или архивов. Так, для memsegments.o получим:

Таким образом мы можем определить размеры сегментов Text, Data и BSS. В колонках «dec» и «hex» приведен суммарный размер указанных сегментов в десятичном и 16-ричном форматах соответственно.

Поскольку стек им куча формируются во время выполнения программы, size не может показать их размер.

Для просмотра стека и кучи нужно остановить выполнение программы, не завершая ее работы. Например, добавить в нее ожидание пользовательского ввода

а затем выполнить в терминале

В итоге вы увидите стек, кучу и не только их.

Для просмотра содержимого бинарных исполняемых образов — символов, их адресов, сегментов и т. п. — можно использовать утилиты nm и objdump . В частности, objdump с опцией -d — это дизассемблер.

size , nm и objdump входят в состав комплекта утилит обработки двоичных файлов GNU binutils .

Читайте так же:
Материнская плата asrock ab350 pro4 отзывы

Распределение памяти фиксированными разделами.

Это наиболее простой способ распределения памяти. Вся ОП делится на определенное число разделов фиксированной величины. Очередной процесс (или задача) поступившая на выполнение, становится в общую очередь или в очередь к подходящему по размеру разделу памяти (Когда раздел освобождается, очередной процесс (программа) подгружается в ОП).

Рис. 8.6. Распределение памяти фиксированными разделами.

В этом случае подсистема управления памятью выполняет задачи:

¨ сравнения размера поступившей на выполнение программы с размерами свободных разделов памяти;

¨ выбора подходящего раздела;

¨ загрузка программы и настройка адресов.

При очевидном преимуществе – простоте реализации – этот способ распределения имеет очевидный минус: жесткость. Во-первых, одна программа занимает весь раздел целиком. Это ведет к тому что, во-первых, неэкономно расходуется память; во-вторых, коэффициент мультипрограммирования ограничен числом разделов. С другой стороны, даже если суммарный объем свободной ОП машины позволяет выполнять некоторую программу, разбиение памяти на разделы не позволяет сделать этого.

Другой способ – распределение памяти разделами переменной величины. При таком способе распределения в начале работы ЭВМ вся ОП свободна. Каждой поступающей на выполнение задаче выделяется необходимый ей объем ОЗУ. Если достаточный объем памяти отсутствует, задача не принимается на выполнение и стоит в очереди. После завершения задачи память освобождается, и на это место может быть загружена другая задача.

Т.о., в произвольный момент времени ОП представляет собой случайную последовательность свободных и занятых областей памяти примерно такого вида.

Рис. 8.7. Распределения памяти динамическими разделами

В начальный момент времени t0 в ОП загружена только ОС. К моменту времени t1 ОП разделена между ОС и 5 программами (задачами), имеется также свободная область. К моменту времени t2 задача П2 уже завершена и покидает ОП, а на ее место может быть подгружена задача На освободившееся место загружается задача П6, поступившая в момент времени t3. Выбором раздела для вновь поступившей задачи занимается ОС. Осуществляется выбор раздела по правилам: «первый попавшийся раздел достаточного размера», «раздел, имеющий наименьший достаточный размер», «раздел, имеющий наибольший достаточный размер».

Помимо выбора раздела для вновь поступившей задачи, ОС также выполняет задачи:

¨ ведение таблиц свободных и занятых областей, в которых указывается начальные адреса и размеры участков памяти;

Читайте так же:
Материнская плата acer aspire e15

¨ анализ запроса (при поступлении новой задачи);

¨ просмотр таблицы свободных областей (с целью выбора раздела для размещения вновь поступившей задачи);

¨ загрузка задачи в выделенный ей раздел;

¨ корректирование таблиц свободных и занятых областей (как после загрузки очередной задачи в ОП, так и после завершения задачи).

По сравнению с методом распределения памяти фиксированными разделами данный метод более гибок, но ему присущ серьезный недостаток – фрагментация памяти. Фрагментация – это наличие многих несмежных областей памяти, настолько маленьких по размеру, что ни в одну из них нельзя поместить ни одну из пришедших на выполнение программ, хотя суммарный объем таких фрагментов может составить значительную величину.

Статьи к прочтению:

Когда фиксировать прибыль в сделке (А. Пурнов)

Похожие статьи:

Простейший способ управления оперативной памятью состоит в том, что память разбивается на несколько областей фиксированной величины, называемых…

Разбиение всего объема оперативной памяти на несколько разделов может осуществляться единовременно (в процессе генерации ОС). Пример разбиения памяти на…

Классы памяти в Си. Какие классы памяти существуют в языке си?

Обычная переменная, объявленная внутри блока без указания для неё иного класса, имеет класс памяти auto по умолчанию.

Такая переменная видна внутри блока.

Переменные с классом памяти auto размещаются в стеке.

Итак по умолчанию локальная переменная имеет класс памяти auto.

Класс памяти static

Переменные, объявленные как static, т.е. статические, сохраняют своё значение между вызовами. Пример для переменных static:

Получаем: Классы памяти в Си

При втором вызове значение переменной с классом памяти auto, т.е. autoVar в этом примере, потерялось, а значение переменной static, т.е. staticVar в этом примере, сохранилось.

Ещё одна тонкость. static переменная инициализируется только один раз. Если бы это было иначе, то значение статической staticVar обнулилось бы при повторном вызове.

По умолчанию все глобальные переменные являются статическими. И видны они только в своём файле.

Статические функции в Си

Если функция объявлена как static, т.е. статическая, то она видна только в своём файле. Из другого файла к static функции обратиться нельзя. Таким образом, ключевое слово static применительно к функциям в C означает их закрытость для обращений из других файлов программы. Пример. Объявим в отдельном модуле две функции: одну статическую, а другую обычную:

Читайте так же:
Жесткий диск wd gold wd4002fyyz

static функция staticFunc будет доступна только в данном модуле. Простая функция simpleFunc доступна для других модулей программы, т.е. её класс памяти extern. Память extern устанавливается для функций по умолчанию. Код основного модуля:

Строка, закрытая комментарием, ошибочна, ведь статическая функция staticFunc объявлена в другом модуле, а значит недоступна в основном модуле.

Класс памяти extern в C

Класс памяти extern в C используем в двух случаях:

  • если переменная объявляется в программе ниже, чем ссылка на неё;
  • если переменная объявлена в другом модуле.

Пример основного модуля:

и другого модуля программы:

Получаем: Класс памяти extern в C

Класс памяти register в C

Применение модификатора register есть рекомендация компилятору хранить данную переменную в регистре, а не в оперативной памяти. Не факт, что так и будет. Если программа часто обращается к переменной, то есть смысл объявить её с модификатором register. Пример:

Применять register можно только к near указателям и целому типу. Использовать register можно и при указании формальных параметров функций. Примеры:

Выявление утечек памяти в C++

Утечка памяти достаточно серьезная проблема возникающая при работе программы. Масштабность проявляется особенно при длительной работе программы, когда программа может исчерпать лимит выделения для нее памяти, а это приведет к очень нехорошим последствиям.

Простейшая программа с утечкой памяти:

В данном участке кода утечка памяти происходит из-за отсутствия оператора delete[] для массива p.

В статье «Анализ программ и компиляторов в Compiler Explorer» показано, что в ряде случаев утечки памяти можно найти средствами статического анализа программ, однако такие инструменты нередко дают «ложные срабатывания», а иногда — не обнаруживают утечку.

В этой статье рассмотрены:

1 Обнаружение утечек с библиотекой CRT

Библиотека CRT доступна в операционной системе Windows, она у вас уже есть если вы используете Microsoft Visual Studio. Для подключения анализатора памяти достаточно добавить пару макросов и собрать проект в отладочном режиме:

Видно, что первая группа макросов добавляется в самое начало вашей программы. За счет этих макросов все обращения в функциям new, malloc, free и delete заменяются на другие версии, которые помимо выделения/освобождения памяти сохраняют дополнительную информацию (сколько и где было выделено). Макрос _CrtDumpMemoryLeaks добавляется в конец программы (перед завершением работы) и выводит информацию о текущем состоянии памяти.

Читайте так же:
Диски ps1 на ps3

Для приведенной выше программы в окно отладки будет выведено следующее:

Утечка была обнаружена, кроме того, нам показывают ее размер и даже строку кода где это случилось.

2 Использование Visual Leak Detector

VLD поставляется в виде плагина для Microsoft Visual Studio, для его установки:
1) Скачиваем с официального сайта Microsoft и устанавливаем.
2) Добавляем в свойствах проекта во «включаемые каталоги» путь к каталогу include:
C:ProgramFiles(x86)VisualLeakDetectorinclude .
3) Добавляем в свойствах проекта в Каталог библиотек для win32 или win64 : путь к катлогу lib:

4) Добавляем в начало главного файла ( main.cpp ) #include<vld.h>
Получается так:

Все говото, утечки ищутся и выводятся в консоль отладки:

Видно, что VLD выводит информацию о стеке вызовов, но формат вывода крайне неудобный. Узнать в какой строке произошла утечка памяти совсем непросто.

3 Работа с Valgrind memcheck

Valgrind предоставляет множество инструментов для динамического анализа, поиском утечек памяти это не ограничивается. Работой с памятью занимается модуль memcheck. Для его использования необходимо:
1) Сстановить valgrind:
sudo apt install valgrind

2) Скомпилировать программу в debug-режиме и запустить ее через valgrind:
valgrind ./my_program
При таком запуске будет выведено сколько памяти было потеряно. Чтобы увидеть, где была выделена память, необходимо добавить опцию
—leak-check=full .

Результаты работы memcheck для нашего примера:

4 Как это устроено внутри

Подключение CRT приводит к оборачиванию функций работы с памятью в что-то такое:

Вы могли бы сделать это сами, но это непросто, а ведь надо еще разобрать все возможные ошибки при работе с памятью — free вместо delete , выделение объекта одного типа, а удаление — другого и так далее.

Да и зачем этим заниматься если его готовый CRT? В свою очередь, Visual Leak Detector представляет собой обертку над CRT.

Утилита Valgrind работает совсем иначе — ей не требуется модифировать исходный код вашей программы. Вместо этого программа запускается на виртуальном (моделируемом) процессоре в виртуальном окружении. Это окружение точно знает сколько памяти потребила программа, а процессор — в каких инструкциях эта память была запрошена. За счет этого valgrind позволяет не только обнаружить утечки памяти, но и получить статистику кэш-попаданий (модуль cachegrind), например. Однако, тут внутреннее устройство valgrind показано крайне упрощенно, а на самом деле все гораздо сложнее. Тем не менее, это один из лучших инструментов поиска утечек в мире.

Читайте так же:
Материнская плата 64 бит

4 Более сложный пример

Возможно, вам кажется что проблем с поиском утечек не возникает, тогда посмотрите такой пример:

Сколько времени у вас уйдет на поиск всех утечек? Ведь после возврата строки delete p в программе появятся другие утечки. Для начала — не будет вызывать деструктор

Cat() ведь деструктор

Animal() объявлен невиртуальным. После исправления этой ошибки — мы получим еще одну, ведь в классе Cat память выделяется через new , а освобождается через free .

Результаты применения всех трех рассмотренных инструментов примерно одинаковы (разве что VLD не выводит информацию о строке возникновения ошибки). Ниже приведен вывод valgring memcheck:

Видно, что обнаруживается 3 утечки, так как на 3 аллокации не приходится ни одной операции освобождения. После добавления delete в функцию main получаем одну утечку. Теперь на 3 аллокации приходится две операции освобождения. Найдена лишь одна утечка, однако на самом деле — вообще не вызывается деструктор

Cat() , поэтому после замены free на delete в нем — результат работы не изменится. А вот после добавления виртуального деструктора — утечек найдено не будет.

Понятно, что описанные инструменты сильно упрощают жизнь программисту. Найти без них течки памяти в чужом коде из 10 тысяч строк кода — задача крайне сложная, а с ними — решается элементарно. Однако, вывод результатов их работы очень неинформативный. Сравните полученные результаты с выводом статических анализаторов (в обоих статьях используются одинаковые примеры).

Обобщение

Функция malloc позволяет выделять динамическую память и работает так: Malloc возвращает указатель void на выделенное пространство или NULL Если возникает нехватка памяти. Для возврата указателя на тип, отличное от void, стоит использовать приведение типов для возвращаемого значения. Дисковое пространство, на который указывает возвращаемое значение, будет гарантированно соответствовать требованиям к выравниванию для хранения объектов любого типа, если таковые требования не превышают базовые (В Visual C++, базовые основное выравнивание, необходимое для двойные, или 8 байт. В коде для 64-разрядных платформ это ограничение составляет 16 байтов.)

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector