Динамическое распределение памяти. Указатели. Создание указателей. Выделение памяти.
В С++ объекты могут быть размещены либо статически – во время компиляции, либо динамически – во время выполнения программы, путем вызова функций из стандартной библиотеки.Часто возникают ситуации, когда заранее не известно, сколько объектов – чисел, строк текста и прочих данных будет хранить программа. В этом случае используется динамическое выделение памяти, когда память занимается и освобождается в процессе исполнения программы. При использовании динамической памяти (ДП) отпадает необходимость заранее распределять память для хранения данных, используемых программой. Управление динамической памятью – это способность определять размер объекта и выделять для его хранения соответствующую область памяти в процессе исполнения программы.
Динамическое распределение памяти — способ выделения оперативной памяти компьютера для объектов в программе, при котором выделение памяти под объект осуществляется во время выполнения программы.
При динамическом распределении памяти объекты размещаются в т.н. «куче» (англ. heap): при конструировании объекта указывается размер запрашиваемой под объект памяти, и, в случае успеха, выделенная область памяти, условно говоря, «изымается» из «кучи», становясь недоступной при последующих операциях выделения памяти. Противоположная по смыслу операция — освобождение занятой ранее под какой-либо объект памяти: освобождаемая память, также условно говоря, возвращается в «кучу» и становится доступной при дальнейших операциях выделения памяти.
Для управления динамическим распределением памяти используется «сборщик мусора» — программный объект, который следит за выделением памяти и обеспечивает её своевременное освобождение. Сборщик мусора также следит за тем, чтобы свободные блоки имели максимальный размер, и, при необходимости, осуществляет дефрагментацию памяти.
Указатель (англ. pointer) — переменная, диапазон значений которой состоит из адресов ячеек памяти или специального значения — нулевого адреса. Последнее используется для указания того, что в данный момент там ничего не записано.
При использовании в программах на C++ требуется выполнять явное преобразование типа указателя. Если необходимо создать символьную cтроку в динамической памяти, то сначала надо объявить указатель char *S1, а затем выделить область под символьную строку с помощью функции
malloc():
S1=(char*)malloc(V);
где V – выражение, значением которого является целые неотрицательные числа, например, V=10, V=10+7 и т. д.
Ядром динамического выделения памяти языка С являются функции malloc() и free(), являющиеся частями стандартной библиотеки. Всякий раз, когда функцией malloc() осуществляется запрос на выделение памяти, выделяется порция имеющейся в наличии свободной памяти. Всякий раз, когда эта память освобождается с помощью функции free(), эта память возвращается назад системе.
Язык С++ определяет два оператора динамического выделения памяти — new и delete.
Создание массива с помощью оператора new. Проверка значения, возвращаемого new. Освобождение памяти. Общая схема. Операции над указателями.
Создание массива с помощью оператора new
int n=100
int *pi; // указатель pi
pi = newint [n] // массив из n(100) элементов типа int
Проверка значения, возвращаемого new
int n=1000000000;
int *pi=new int[n];
if(pi==0)
{
cout<<"Невозможно создать массив из "<<n<<" элементов int";
return 1; // Завершаем работу функции main
}
Освобождение памяти
После окончания работы с массивом, когда выделенная ранее память перестанет быть нужной, ее необходимо освободить, чтобы дать возможность операционной системе использовать эту память по своему усмотрению, например, выделить другой программе. Для этого используется унарный оператор delete, единственный операнд которого — адрес, по которому начинается память, ранее выделенная оператором new, которую мы хотим освободить. Например:
deletepi;
При этом сам указатель pi не уничтожается, ему можно присвоить новое значение, однако разыменование этого указателя может привести к ошибке.
Общая схема
int n; // Размер массива
double * p; // Указатель на начало массива
cout<<"Введите размер массива: ";
cin>>n;
p=new double[n]; // Выделяемпамять
if(p==0) // Проверка успешности выделения памяти
{
cout<<"Невозможно выделить память"<<endl;
return 1; // Завершаем работу
}
for(int i=0;i<n;++i) // Цикл для считывания массива
cin>>p[i]; // Считали i-й элемент массива
//// Теперь выполняем что-нибудь с массивом
delete p; // Освобождаем память
Операции с указателями
p==q Проверка двух указателей на равенство (то есть указывают ли они на одну и ту же ячейку памяти)
p!=q Проверка на неравенство
p<q Возвращает true, если ячейка, на которую указывает p находится в памяти раньше, чем ячейка, на которую указывает q. Аналогично определяются сравнения p<=q, p>q, p>=q
Пусть p указывает на начало массива. Тогда p+0 равно p, p+1 — это указатель на следующий элемент массива, то есть &p[1], и для любого положительного i p+i — это указатель на p[i].