Раздел 5. другие возможности

Динамическое распределение памяти. Функции malloc( ) и free( )

В языке Си принято следующее распределение памяти:

Таблица 4

СТЕК	Верхние адреса
СВОБОДНАЯ ПАМЯТЬ
РАЗДЕЛ ГЛОБАЛЬНЫХ ПЕРЕМЕННЫХ И КОНСТАНТ
КОД ПРОГРАММЫ	Нижние адреса

Для глобальных переменных отводится фиксированное место в памяти на все время работы программы. Локальные переменные хранятся в стеке. Между ними находится область памяти для динамического распределения.

Функции malloc( ) и free( ) используются для динамического распределения свободной памяти. Функция malloc( ) выделяет память, функция free( ) освобождает ее. Прототипы этих функций хранятся в заголовочном файле stdlib.h и имеют вид:

void *malloc(size_t size); void *free(void *p);

Функция malloc( ) возвращает указатель типа void; для правильного использования значение функции надо преобразовать к указателю на соответствующий тип. При успешном выполнении функция возвращает указатель на первый байт свободной памяти размера size. Если достаточного количества памяти нет, возвращается значение 0. Чтобы определить количество байтов, необходимых для переменной, используют операцию sizeof( ).

Пример использования этих функций:

#include <stdio.h>#include <stdlib.h> void main(void){ int *p, i; p = (int *) malloc(100 * sizeof(int)); /* Выделение памяти для 100 целых чисел */ if (!p) { printf("Недостаточно памяти\n"); exit(1); } for (i = 0; i < 100; ++i) *(p+i) = i; /* Использование памяти */ for (i = 0; i < 100; ++i) printf("%d", *(p++) ); free(p); /* Освобождение памяти */}

Перед использованием указателя, возвращаемого malloc( ), необходимо убедиться, что памяти достаточно (указатель не нулевой).

Препроцессор

Препроцессор Си - это программа, которая обрабатывает входные данные для компилятора. Препроцессор просматривает исходную программу и выполняет следующие действия: подключает к ней заданные файлы, осуществляет подстановки, а также управляет условиями компиляции. Для препроцессора предназначены строки программы, начинающиеся с символа #. В одной строке разрешается записывать только одну команду (директиву препроцессора).

Директива

#define идентификатор подстановка

вызывает замену в последующем тексте программы названного идентификатора на текст подстановки (обратите внимание на отсутствие точки с запятой в конце этой команды). По существу, эта директива вводит макроопределение (макрос), где "идентификатор" - это имя макроопределения, а "подстановка" - последовательность символов, на которые препроцессор заменяет указанное имя, когда находит его в тексте программы. Имя макроопределения принято набирать прописными буквами.

Рассмотрим примеры:

#define MAX 25 #define BEGIN {

Первая строка вызывает замену в программе идентификатора MAX на константу 25. Вторая позволяет использовать в тексте вместо открывающей фигурной скобки ( { ) слово BEGIN.

Отметим, что поскольку препроцессор не проверяет совместимость между символическими именами макроопределений и контекстом, в котором они используются, то рекомендуется такого рода идентификаторы определять не директивой #define, а с помощью ключевого слова const с явным указанием типа (это в большей степени относится к Си++):

const int MAX = 25;

(тип int можно не указывать, так как он устанавливается по умолчанию).

Если директива #define имеет вид:

#define идентификатор(идентификатор, ..., идентификатор) подстановка

причем между первым идентификатором и открывающей круглой скобкой нет пробела, то это определение макроподстановки с аргументами. Например, после появления строки вида:

#define READ(val) scanf("%d", &val)

оператор READ(y); воспринимается так же, как scanf("%d",&y);. Здесь val - аргумент и выполнена макроподстановка с аргументом.

При наличии длинных определений в подстановке, продолжающихся в следующей строке, в конце очередной строки с продолжением ставится символ \.

В макроопределение можно помещать объекты, разделенные знаками ##, например:

#define PR(x, у) x##y

После этого PR(а, 3) вызовет подстановку а3. Или, например, макроопределение

#define z(a, b, c, d) a(b##c##d)

приведет к замене z(sin, x, +, y) на sin(x+y).

Символ #, помещаемый перед макроаргументом, указывает на преобразование его в строку. Например, после директивы

#define PRIM(var) printf(#var"= %d", var)

следующий фрагмент текста программы

year = 2006; PRIM(year);

преобразуется так:

year = 2006; printf("year""= %d", year);

Опишем другие директивы препроцессора. Директива #include уже встречалась ранее. Ее можно использовать в двух формах:

#include "имя файла" #include <имя файла>

Действие обеих команд сводится к включению в программу файлов с указанным именем. Первая из них загружает файл из текущего или заданного в качестве префикса каталога. Вторая команда осуществляет поиск файла в стандартных местах, определенных в системе программирования. Если файл, имя которого записано в двойных кавычках, не найден в указанном каталоге, то поиск будет продолжен в подкаталогах, заданных для команды #include <...>. Директивы #include могут вкладываться одна в другую.

Следующая группа директив позволяет избирательно компилировать части программы. Этот процесс называется условной компиляцией. В эту группу входят директивы #if, #else, #elif, #endif, #ifdef, #ifndef. Основная форма записи директивы #if имеет вид:

#if константное_выражение последовательность_операторов #endif

Здесь проверяется значение константного выражения. Если оно истинно, то выполняется заданная последовательность операторов, а если ложно, то эта последовательность операторов пропускается.

Действие директивы #else подобно действию команды else в языке Си, например:

#if константное_выражение последовательность_операторов_1 #else последовательность_операторов_2 #endif

Здесь если константное выражение истинно, то выполняется последовательность_операторов_1, а если ложно - последовательность_операторов_2.

Директива #elif означает действие типа "else if". Основная форма ее использования имеет вид:

#if константное_выражение последовательность_операторов #elif константное_выражение_1 последовательность_операторов_1 #elif константное_выражение_n последовательность_операторов_n #endif

Эта форма подобна конструкции языка Си вида: if...else if...else if...

Директива

#ifdef идентификатор

устанавливает определен ли в данный момент указанный идентификатор, т.е. входил ли он в директивы вида #define. Строка вида

#ifndef идентификатор

проверяет является ли неопределенным в данный момент указанный идентификатор. За любой из этих директив может следовать произвольное число строк текста, возможно, содержащих инструкцию #else (#elif использовать нельзя) и заканчивающихся строкой #endif. Если проверяемое условие истинно, то игнорируются все строки между #else и #endif, а если ложно, то строки между проверкой и #else (если слова #else нет, то #endif). Директивы #if и #ifndef могут "вкладываться" одна в другую.

Директива вида

#undef идентификатор

приводит к тому, что указанный идентификатор начинает считаться неопределенным, т.е. не подлежащим замене.

Рассмотрим примеры. Три следующие директивы:

#ifdef WRITE #undef WRITE #endif

проверяют определен ли идентификатор WRITE (т.е. была ли команда вида #define WRITE...), и если это так, то имя WRITE начинает считаться неопределенным, т.е. не подлежащим замене.

Директивы

#ifndef WRITE #define WRITE fprintf #endif

проверяют является ли идентификатор WRITE неопределенным, и если это так, то определятся идентификатор WRITE вместо имени fprintf.

Директива #error записывается в следующей форме:

#error сообщение_об_ошибке

Если она встречается в тексте программы, то компиляция прекращается и на экран дисплея выводится сообщение об ошибке. Эта команда в основном применяется на этапе отладки. Заметим, что сообщение об ошибке не надо заключать в двойные кавычки.

Директива #line предназначена для изменения значений переменных _LINE_ и _FILE_, определенных в системе программирования Си. Переменная _LINE_ содержит номер строки программы, выполняемой в текущий момент времени. Идентификатор _FILE_ является указателем на строку с именем компилируемой программы. Директива #line записывается следующим образом:

#line номер "имя_файла"

Здесь номер - это любое положительное целое число, которое будет назначено переменной _LINE_, имя_файла - это необязательный параметр, который переопределяет значение _FILE_.

Директива #pragma позволяет передать компилятору некоторые указания. Например, строка

#pragma inline

говорит о том, что в программе на языке Си имеются строки на языке ассемблера. Например:

asm mov ax, 5 asm { inc dx sub bl, al }

и т.д.

Рассмотрим некоторые глобальные идентификаторы или макроимена (имена макроопределений). Определены пять таких имен: _LINE_, _FILE_, _DATE_, _TIME_, _STDC_. Два из них (_LINE_ и _FILE_) уже описывались выше. Идентификатор _DATE_ определяет строку, в которой сохраняется дата трансляции исходного файла в объектный код. Идентификатор _TIME_ задает строку, сохраняющую время трансляции исходного файла в объектный код. Макрос _STDC_ имеет значение 1, если используются стандартно - определенные макроимена. В противном случае эта переменная не будет определена.